近大气压DBD微放电模式与氧等离子体反应效能研究

摘要

利用高频激励强电场放电的高级氧化技术能够快速有效地处理船舶压载水和饮用水，该技术中氧等离子体反应器模块是核心组件，氧等离子体反应效能直接影响水处理效果。实际工作中，当反应器模块的进气量与气液混溶射流器的运行速度不匹配时，反应器模块的运行气压低于或高于大气压，变动范围在60-150 kPa之间，影响氧活性粒子反应效能，最终影响水处理效果。本文利用自行设计的氧等离子体反应器，分别在60-100kPa和100-150kPa气压条件下，研究了气压对氧活性粒子反应效能的影响，并借助针-板放电装置探究了气压对单微放电的放电状态和放电模式的影响。
　　结果显示，单微放电在激励电压正负半周期内表现出不同的放电模式，激励电压正半周期放电模式为微流注放电，负半周期放电模式为微类辉光放电。运行气压与激励功率改变使得反应器模块中放电气隙折合场强度变化，导致在施加不同功率时，模块表现出不同的放电特性与等离子体化学反应效能。放电气隙折合电场强度是影响氧活性粒子反应效能的主要因素，当氧等离子体反应器内气压降低时，放电气隙折合电场强度增强，O2电离度增大，气体放电尺度增大，放电强度增强，放电气隙击穿电压降低，单位时间放电电流脉冲数量增多，放电电流脉冲幅值减小，首个放电电流脉冲出现时间提前，放电气隙等效电阻减小，电介质层等效电容增大。可以通过调节气压和激励功率控制折合电场强度。
　　在媒质气体为O2的条件下，氧等离子体反应器模块存在最优折合电场强度，低于该折合电场强度，氧活性粒子反应效能随折合电场强度增强而增加，高于该电场强度，则会受等离子体化学反应过程中产生的反应热等因素的影响，氧活性粒子反应效能随折合电场强度增强而反而降低。在实际应用中，为使氧活性粒子反应效能最大，需根据氧活性粒子反应器内气压条件调节激励功率，当反应器在常压运行时激励功率要控制在250-300W，气压降低到60 kPa时激励功率要控制在150W，而当气压升高到150kPa时激励功率要控制在400 W，使氧等离子体反应器模块处于最佳工作状态，从而更好地为相关水处理技术服务。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 DBD简介

1．2．1 DBD微放电模式

1．2．2 DBD微放电模式与氧等离子体反应效能

1．3 利用强电场放电的高级氧化技术应用及面临的问题

1．4 主要研究内容及研究思路

第2章 近大气压DBD单微放电模式与特性研究

2．1 实验系统与方法

2．2 近大气压DBD微放电模式

2．3 近大气压微放电特性

2．4 本章小结

第3章 60-100 kPa气压条件下氧等离子体反应效能研究

3．1 实验装置与测试方法

3．2 气压降低对氧等离子体反应器放电参数的影响

3．3 60-100kPa气压条件下氧活性粒子反应效能

3．4 本章小结

第4章 100-150 kPa气压条件下氧等离子体反应效能研究

4．1 实验装置与测试方法

4．2 气压升高对氧等离子体反应器放电参数的影响

4．2．1 放电波形与折合电场强度

4．2．2 Lissajous图形及放电参数

4．3 100-150kPa气压条件下氧活性粒子反应效能

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间学术成果

致谢