有机物溶液中高压脉冲放电特性研究

作     者：冯迎春 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鲁娜

授予年度：2014年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080803[工学-高电压与绝缘技术] 08[工学] 

主      题：高压脉冲液相放电等离子体 放电特性 静电场仿真 高聚物溶液 染料溶液 

摘      要：高压脉冲液相放电技术是融合了脉冲功率技术、环境等离子体科学和等离子体物理等多学科交叉技术。放电过程中产生的强氧化自由基能够高效、无选择氧化溶液中有机物,使得该技术在有机溶液处理方面应用广泛。开展有机物溶液中高压脉冲放电特性研究,可为优化放电条件、提高有机物溶液处理效果提供新的研究思路。本论文采用针-板液相放电反应器,以有机溶液中发生的高压脉冲放电为研究目标,探索了电气参数对放电特性的影响规律。主要研究内容和结论如下： (1)对脉冲放电系统进行建模分析,发现成形电容充电回路的最佳状态为过阻尼非震荡状态,放电回路中反应器阻性和容性的交错变换导致形成复杂的脉冲放电波形。采用Ansoft-Maxwell有限元仿真软件,开展针-板液相放电反应器静电场数值模拟研究,发现电场强度与激励电压呈线性关系,减小裸露于溶液中的针尖长度有利于放电发生,通过优化电极间距和针尖曲率半径可实现稳定放电。 (2)对高粘度、高电导率壳聚糖溶液中高压脉冲放电特性开展系统研究,发现高压脉冲液相放电等离子体能够有效降低壳聚糖溶液粘度,放电60min,20g/L壳聚糖溶液粘度下降75%。增加脉冲峰值电压和成形电容可提高放电强度。增大电极间距,脉冲宽度变宽,但伏安特性曲线斜率不随电极间距的减小呈线性倍数增加。提高反应器通入空气量,由于电极间等效电阻增大,使得脉冲波形震荡程度减小,有利于放电进行。 (3)开展以亚甲基蓝为代表的有机染料溶液中高压脉冲放电特性研究,发现本实验系统中,脉冲频率60Hz、电源输入电压50V左右时,脉冲能量注入效率达到最大。增加溶液电导率有利于提高能量注入效率。电压波形脉冲宽度随针电极数目增加而减小,而电流脉冲宽度基本不变,对单脉冲注入能量的影响很小。脉冲成形电容优化在3-5nF时,放电能量能够得到有效利用。通过增加通气量和增大成形电容会使脉冲流光电晕放电转化为火花放电。提高脉冲成形电容和脉冲频率能够加快亚甲基蓝溶液脱色,电导率逐渐增大,液相放电产热导致溶液温度升高。 (4)对亚甲基蓝溶液和壳聚糖溶液中高压脉冲放电特性进行比较发现,相同电导率和相同脉冲峰值电压条件下,壳聚糖溶液中放电电流和注入脉冲能量高于亚甲基蓝溶液。