為對比不同氣源的介質(zhì)阻擋放電型低溫等離子體發(fā)生器的性能參數(shù),分別以氧氣和空氣為氣源,對發(fā)生器進行了靜態(tài)對比試驗,研究了放電電極面積、放電電壓峰峰值、氣體體積流量對放電功率、單周期電荷傳輸量、O₃濃度、O₃產(chǎn)量和O₃產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明,當(dāng)放電電極面積增大時,放電功率和單周期電荷傳輸量均線性增大,但空氣源對應(yīng)的放電功率和單周期電荷傳輸量及其增長速率較低;此時,氧氣和空氣源的O₃濃度整體呈上升趨勢而O₃產(chǎn)率則呈下降趨勢。當(dāng)放電電壓峰峰值增大時,氧氣和空氣源的放電功率和單周期電荷傳輸量均顯著增大,且后期增大速率加快;O₃濃度均先升后降而O₃產(chǎn)率則逐漸減小,高濃度和高產(chǎn)率不可兼得。不同放電頻率下,氧氣源的最大臭氧濃度大于55 mg/L,空氣源的最大臭氧質(zhì)量濃度在4⁸ mg/L之間。當(dāng)氣體體積流量增大時,氧氣源的放電功率和單周期電荷傳輸量均先上升后趨于平緩,而空氣源的放電功率和單周期電荷傳輸量則逐漸增大;氧氣源的O

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2016,32(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

試驗裝置示意圖

�，N2與O2反生反應(yīng)，生成O原子[22]，N2首先通過R7～R8電離成激發(fā)態(tài)，然后在放電微通道形成的100ns內(nèi)，通過R9～R12，生成O、N2O和NO[23]，O原子濃度的提高有助于O3的生成[9]。3試驗結(jié)果與分析3.1放電電極面積SE對放電性能參量和O3生成的影響3.1.1放電電極面積SE對放電功率P和單周期電荷傳輸量Q的影響當(dāng)氣體流量qv=5L/min，放電頻率f=8.3kHz，放電電壓峰峰值Up-p=17.5kV保持一定時，負載等效電容C、介質(zhì)等效電容Cd、氣隙等效電容Cg隨SE的變化情況如圖2所示。由圖2可見，當(dāng)SE線性增大時，氧氣和空氣源的C、Cd、Cg均線性增大。這是由于Cd∝εdS（式中εd為介電常數(shù)，S為帶電粒子覆蓋在介質(zhì)上的有效放電面積），顯然S越大，Cd越大。而S與SE有關(guān)，當(dāng)SE線性增大時，更多的快脈沖放電通道被打開，覆蓋在介質(zhì)上的帶電粒子數(shù)目隨之增多，S線性增大，Cd也線性增大。C和Cg的變化情況與Cd類似。注：C為負載等效電容，Cd為介質(zhì)等效電容，Cg為氣隙等效電容。Note:Cisloadcapacity,CdisbarriercapacityandCgisgasgapcapacity.圖2等效電容隨放電電極面積的變化關(guān)系Fig.2Equivalentcapacitancevs.electrodearea放電功率P和單周期電荷傳輸量Q隨SE的變化情況如圖3所示。由圖3可見，以氧氣和空氣為氣源時，P和Q隨SE線性增加，這是等效電容線性增大的結(jié)果。但以空氣為氣源時，P和Q隨SE增長的速率比氧氣源的校這是由于空氣中O2體積分數(shù)為21%，N2體積分數(shù)為78%，而O2比N2俘獲自由電子能力強，氧氣比空氣更易被電離，因此在純氧（濃度99.99%）氣氛下，能獲得更多電子，傳輸電荷量更多，功率?

貉跗?空氣源低溫等離子體發(fā)生器的性能對比分析105Y=c·qv，（1）=Y/P。（2）O3濃度和產(chǎn)率隨SE的變化情況如圖4。由圖4可見，以氧氣為氣源時，O3濃度隨著SE的增加逐漸增大，而O3產(chǎn)率則逐漸減�。灰钥諝鉃闅庠磿r，O3濃度和產(chǎn)率整體也呈上升趨勢，但在SE=176cm2，O3濃度也較高。由于qv不變，所以O(shè)3產(chǎn)量與O3濃度的變化規(guī)律一致。從生成O3濃度的角度考慮，可取較大的SE。注：P為放電功率，Q為單周期電荷傳輸量。Note:PisdischargepowerandQischargeflux.圖3放電功率和單周期電荷傳輸量隨放電電極面積的變化Fig.3Dischargepowerandchargefluxvs.electrodeareaa.氧氣源的O3質(zhì)量濃度和產(chǎn)率a.O3massconcentrationandoutputefficiencyinoxygendischargeb.空氣源的O3質(zhì)量濃度和產(chǎn)率b.O3massconcentrationandoutputefficiencyinairdischarge圖4放電電極面積對O3生成的影響Fig.4EffectsofelectrodeareaonO3regeneration3.2電壓峰峰值Up-p對放電性能參量和O3生成的影響3.2.1電壓峰峰值Up-p對放電功率P和單周期電荷傳輸量Q的影響當(dāng)SE=704cm2，f=8.3kHz，qv=5L/min保持一定時，放電功率P和單周期電荷傳輸量Q隨放電電壓峰峰值Up-p的變化情況如圖5所示。由圖5可見，氧氣源和空氣源的P和Q均隨著Up-p升高而升高，且升高速率逐漸加快。這是因為當(dāng)Up-p增大時，放電氣隙兩端的電壓隨之增大，形成更多時空隨機分布的放電細絲[24]，微觀上表現(xiàn)為單周期電荷傳輸量Q變大，傳輸電荷的能力增強，宏觀上表現(xiàn)為功率增大。在相同Up-p下，氧氣源的P和Q更大，這是因為氧氣源中含有更多的O2分子，更易被電離，傳輸電荷?


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