气液两相介质阻挡放电特性及影响因素研究

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近年来,有液体参与的气液两相介质阻挡放电(DBD)作为一种特殊放电形式,受到国内外学者的广泛关注。目前,对于气液两相DBD的研究主要侧重于驱动电源设计及应用效果改善等方面,而针对气液两相DBD特性,尤其是影响因素、等效电路、放电机制等方面的研究则较少涉及。  本课题着重研究了不对称电极结构与对称电极结构气液两相DBD特性的演变规律以及不同因素(外加电压、电源频率、放电间距、液体成分等)对气液两相DBD电气特性、光学特性、等离子体参量等方面的影响。采用发射光谱法研究了不同条件下气液两DBD中活性粒子的产生过程以及不同因素对活性粒子种类和强度的影响。在此基础上建立等效电气模型及等效电路比较了两种电极结构气液两相DBD放电形式、放电参量以及放电形貌之间的差异,结合放电机制以及气体放电理论对造成这些差异的原因给出了合理的解释,并进行了相关的实验验证。  研究表明:不对称电极结构气液两相DBD的电流波形在电压的正负半周期内呈不对称分布,而对称电极结构气液两相DBD的电流波形基本对称地分布在电压的正负半周期内。随着外加电压幅值的增加,两种电极结构气液两相DBD的电流脉冲强度及密度增大;随着电源频率的增大,气液两相DBD电流脉冲强度及放电参量均表现出先增大后减小的趋势,其电流的变化具有明显的谐振特性;随着放电间距的增大,两种电极结构气液两相DBD的电流脉冲幅值均表现出先增大后减小的趋势;液体成分的不同对气液两相DBD的放电特性也有较大的影响,加入酸或碱后的气液两相DBD的放电强度明显增强。  不同影响因素下两种电极结构气液两相DBD等离子体中粒子种类没有变化,其主要成分为250~450nm之间各波长的氮分子,溶液中加入NaOH后,在589.0nm处测得钠原子谱线。随着外加电压幅值的增加各波长的粒子谱线强度均增大,相同条件下对称电极结构中气液两相DBD等离子体中粒子谱线强度小于不对称电极结构DBD;根据上述光谱数据拟合得到的两种电极结构气液两相DBD等离子体气体温度在300~700K范围之内,并且随着外加电压幅值的增加而增加。  由于电极结构不同,导致不同因素对气液两相DBD的影响不同,根据实验结果及等效电路的分析,给出了气液两相DBD系统谐振状态的条件。固定电源频率为17.5kHz时,不对称电极结构气液两相DBD在放电间距为4mm时,放电最强烈,放电功率及传输电荷也最大,而对称电极结构气液两相DBD则在放电间距为6mm时放电最强烈。  
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