【摘要】：高壓納秒脈沖因具有陡峭的上升沿和較短的脈沖持續(xù)時(shí)間,能有效地抑制放電由均勻放電向火花或者電弧放電轉(zhuǎn)變,可驅(qū)動(dòng)空氣、氮?dú)饧盎旌蠚怏w介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生大面積彌散放電等離子體,在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、材料改性、能源化工和環(huán)境治理等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本論文研究了多線-板式、板-板式和線-筒式三種電極結(jié)構(gòu)下納秒脈沖空氣彌散／均勻放電等離子體的發(fā)射光譜特性,對(duì)放電等離子體中活性物種和振動(dòng)溫度、轉(zhuǎn)動(dòng)溫度、電子激發(fā)溫度等重要參數(shù)進(jìn)行了診斷研究。作為代表性應(yīng)用,本論文還利用單極性納秒脈沖、雙極性納秒脈沖和正弦交流電源驅(qū)動(dòng)空氣介質(zhì)阻擋放電對(duì)氣態(tài)甲醛開展了脫除研究,并對(duì)上述三種電源驅(qū)動(dòng)線-筒式電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生空氣介質(zhì)阻擋放電等離子體處理氣態(tài)甲醛時(shí)的脫除效率、功率消耗等進(jìn)行了對(duì)比研究。主要研究內(nèi)容如下：1.在空氣和氮?dú)庵袑?shí)現(xiàn)了多線-板式電極結(jié)構(gòu)納秒脈沖彌散介質(zhì)阻擋放電等離子體,研究了在不同脈沖峰值電壓、脈沖重復(fù)頻率、放電間隙距離下放電的發(fā)光圖像、發(fā)射光譜,以及等離子體轉(zhuǎn)動(dòng)溫度、振動(dòng)溫度和電子激發(fā)溫度等特性。研究結(jié)果表明,空氣和氮?dú)庵蟹烹娋尸F(xiàn)彌散放電狀態(tài),發(fā)射光譜主要是但是,空氣放電中的發(fā)射光譜強(qiáng)度僅為氮?dú)庵械?/5左右,在空氣中和發(fā)射光譜強(qiáng)度較弱,空氣放電等離子體的轉(zhuǎn)動(dòng)溫度、振動(dòng)溫度和電子激發(fā)溫度分別約為320±5K、2175±50K、2145±50K,氮?dú)獾姆謩e約為400±5K、1860±50 K、1690±50 K。隨著脈沖峰值電壓增加和放電間隙減小,空氣和氮?dú)夥烹姷入x子體中和的發(fā)射光譜強(qiáng)度和轉(zhuǎn)動(dòng)溫度呈明顯上升趨勢,振動(dòng)溫度和電子激發(fā)溫度呈下降趨勢但不明顯。而脈沖重復(fù)頻率增加對(duì)空氣和氮?dú)庵蟹烹姷入x子體的發(fā)射光譜強(qiáng)度和上述三種溫度影響不大。此外,還研究了氧氣和氬氣的濃度對(duì)氮?dú)饧{秒脈沖彌散介質(zhì)阻擋放電等離子體中發(fā)射光譜強(qiáng)度和等離子體溫度特性的影響。結(jié)果表明,添加氧氣濃度從0%-5%的過程中,等離子體的發(fā)射光譜強(qiáng)度急劇下降,隨著氧氣濃度的進(jìn)一步增加,等離子體發(fā)射強(qiáng)度呈緩慢下降趨勢,同時(shí)隨著氧氣濃度的增加,等離子體轉(zhuǎn)動(dòng)溫度不斷降低,振動(dòng)溫度和電子激發(fā)溫度卻不斷升高；而隨著氬氣濃度的增加,等離子體的發(fā)射光譜強(qiáng)度增大而轉(zhuǎn)動(dòng)溫度明顯上升趨勢,振動(dòng)溫度和電子激發(fā)溫度變化趨勢不明顯。2.實(shí)驗(yàn)研究了介質(zhì)板板材料(陶瓷,石英,環(huán)氧樹脂,聚四氟)對(duì)大氣壓板-板式電極納秒脈沖空氣介質(zhì)阻擋放電等離子體均勻性的影響,通過放電發(fā)光圖像、電壓電流波形和氮分子離子第一負(fù)帶發(fā)射光譜考察了放電的均勻性和放電發(fā)生的擊穿情況。當(dāng)使用1 mm的陶瓷板時(shí),在30 kV脈沖峰值電壓、150Hz脈沖重復(fù)頻率和3 mm放電間隙下呈現(xiàn)均勻放電狀態(tài),發(fā)射光譜強(qiáng)度較弱,轉(zhuǎn)動(dòng)溫度和振動(dòng)溫度分別是350±5K和3045 K,此時(shí)是處于一種均勻放電的非平衡態(tài)等離子體形態(tài)。在選定的四種介質(zhì)板材料中,當(dāng)使用相對(duì)介電常數(shù)較大的陶瓷介質(zhì)材料時(shí),發(fā)生放電的擊穿電壓降低,放電的氣體間隙增大；當(dāng)增大陶瓷介質(zhì)板厚度時(shí),等離子體發(fā)射光譜強(qiáng)度降低,放電擊穿電壓增大,等離子體的均勻較差。利用發(fā)射光譜強(qiáng)度N2+/N2比值計(jì)算出約化電場E/N,并研究了放電均勻性與N2+/N2的比值關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn),隨著放電峰值電壓增大、放電間隙距離或者介質(zhì)板板厚度減小N2+/N2比值降低,約化電場E/N減小,等離子體均勻性較好。3.對(duì)比研究了大氣壓空氣中線-筒電極結(jié)構(gòu)納秒脈沖和正弦交流介質(zhì)阻擋放電等離子體的發(fā)光圖像、電壓電流波形、功率消耗、發(fā)射光譜以及氣體溫度等特性。研究發(fā)現(xiàn)：正弦交流空氣介質(zhì)阻擋放電等離子體呈現(xiàn)明顯的絲狀放電模式,而納秒脈沖空氣介質(zhì)阻擋放電等離子體則具有很好的均勻性。在相同放電周期下,納秒脈沖空氣介質(zhì)阻擋放電等離子體中和的發(fā)射光譜強(qiáng)度是正弦交流空氣介質(zhì)阻擋放電的6-10倍,而和O(3p-3s)約為正弦交流介質(zhì)阻擋放電等離子體的2.5倍,而納秒脈沖放電的功率消耗僅為正弦交流介質(zhì)阻擋放電等離子體的1/13。納秒脈沖放電的氣體溫度約為305士5 K,非常接近室溫,且隨放電持續(xù)時(shí)間的增加基本保持不變。而正弦交流介質(zhì)阻擋放電等離子體的氣體溫度高出納秒脈沖介質(zhì)阻擋放電等離子體200K左右,且隨放電持續(xù)時(shí)間的增加而不斷升高。采用雙極性、單極性納秒脈沖和正弦交流空氣介質(zhì)阻擋放電等離子體對(duì)初始濃度為154 ppm的氣態(tài)甲醛脫除效率分別為67%,63.8%和73.8%,而功率消耗分別為0.325 W,0.3 W和8.9W。當(dāng)放電區(qū)域填充A1203小球時(shí),三種情況下甲醛的脫除效率均提高10-20%。雖然氣體在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間變短,但是A1203小球的填充使放電電流增大,放電強(qiáng)度增強(qiáng),活性粒子濃度增大。當(dāng)Ti02和Ce02納米顆粒分別附著在A1203小球表面時(shí),甲醛的脫除效率可以達(dá)到95%。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O53;O461.2

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本文編號(hào)：2494441