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气体添加对水电极同轴介质阻挡放电直接分解CO_(2)的影响

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电工技术学报 2023年第1期38卷 270-279,284页

作者：陈慧敏段戈辉梅丹华刘诗筠方志南京工业大学电气工程与控制科学学院南京211816

大气压低温等离子体能够打破热力学平衡的限制,促使常规情况下难以发生的反应在温和条件下进行。其中,介质阻挡放电(DBD)在CO_(2)转化利用领域受到了广泛的关注,但是其性能受多种因素影响。该文采用水电极同轴介质阻挡放电反应装置进行C... 详细信息

大气压低温等离子体能够打破热力学平衡的限制,促使常规情况下难以发生的反应在温和条件下进行。其中,介质阻挡放电(DBD)在CO_(2)转化利用领域受到了广泛的关注,但是其性能受多种因素影响。该文采用水电极同轴介质阻挡放电反应装置进行CO_(2)直接分解反应,研究分析添加N_(2)、Ar和He及其不同含量对反应过程放电特性及反应效果的影响。结果表明:相同反应条件下,在CO_(2)气氛中添加N_(2)、Ar和He可以增加微放电通道数量,提高放电功率,降低击穿电压,使更多的能量用于活化反应体系分子,但三种气体对放电过程的影响程度明显不同;对比添加气体N_(2)、Ar和He,在CO_(2)转化效果上表现为Ar>He>N_(2),这主要是由于添加Ar后反应体系具有最高的电子碰撞激发反应速率,在Ar含量为80%时,CO_(2)的转化率最大为15.2%,CO的产率最大为9.3%;但是,上述气体的添加会降低CO_(2)的能量转化效率,其中,N_(2)添加下转化CO_(2)的能量效率下降最为明显,由0.08mmol/kJ下降到0.02mmol/kJ。该文研究成果可以为低温等离子体转化CO_(2)过程的优化提供有益参考。

关键词：水电极介质阻挡放电 CO_(2)直接分解气体添加放电特性能量效率

不同气体成分添加对氮气滑动弧放电模式及特性的影响

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高电压技术 2022年第9期48卷 3794-3803页

作者：陈霁时亚琴梅丹华刘诗筠方志南京工业大学电气工程与控制科学学院南京211816

研究表明滑动弧放电等离子体可高效降解生物质气化焦油,而气体种类和含量是影响滑动弧焦油降解性能的重要因素。为优化滑动弧放电的运行条件参数以及为实际应用效果的提升提供支撑,通过电学和光学等检测分析手段,采集并获得了在氮气滑... 详细信息

研究表明滑动弧放电等离子体可高效降解生物质气化焦油,而气体种类和含量是影响滑动弧焦油降解性能的重要因素。为优化滑动弧放电的运行条件参数以及为实际应用效果的提升提供支撑,通过电学和光学等检测分析手段,采集并获得了在氮气滑动弧中添加不同体积分数的气体成分(二氧化碳、水蒸气和氧气)时放电的电学信号和放电图像,系统研究了不同运行条件下交流滑动弧等离子体的放电模式、伏安特性、光谱特性及电弧运动特性。研究结果表明:在氮气气氛中,滑动弧放电呈现出稳定滑动和击穿伴随滑动两种不同的模式,前者具有较大的平均放电功率和滑动周期,且能产生较大的电弧弧长和弧高;气体成分及其体积分数对放电模式具有显著的影响:HO的添加有利于电弧向稳定滑动模式发展,而CO_(2)和O_(2)的添加则使滑动弧放电表现出以击穿伴随滑动为主的模式;滑动弧放电模式直接影响其发射光谱强度,和击穿伴随滑动模式相比,稳定滑动模式下的发射光谱强度明显增强,这表明稳定滑动模式有利于产生更多的活性粒子,促进化学反应的进行;此外,在氮气滑动弧放电等离子体中引入CO和O会产生新的活性物种,如CO_(2)和O_(2)原子等,但氮气激发态活性粒子的强度会随添加气体体积分数的增大而降低,且滑动弧等离子体区域变小,放电逐渐趋于不稳定模式;而水蒸气的引入,利于电弧在气流推动下向电极下游发展和维持,获得较高的电弧弧长和弧高,由于水具有电负性,随着其体积分数的增大电场中自由电子数密度减小,电弧的发展受到抑制,电弧弧长和弧高逐渐减小,从而使等离子体范围逐渐变小。

关键词：低温等离子体刀片式滑动弧气体成分放电特性电弧运动模式

水蒸气添加下介质阻挡放电CO_(2)重整CH_(4)反应研究

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石油学报（石油加工） 2023年第5期39卷 977-986页

作者：张鹏梅丹华孙闵杰刘诗筠方志南京工业大学电气工程与控制科学学院江苏南京211816

基于介质阻挡放电(DBD)装置,在添加水蒸气的情况下进行CO_(2)重整CH_(4)反应,考察水/碳摩尔比对放电特性和反应性能的影响。结果表明:在固定放电功率条件下,使DBD具有最强电荷传输能力和最高反应活性的最佳水/碳摩尔比为0.5;在常见产物... 详细信息

基于介质阻挡放电(DBD)装置,在添加水蒸气的情况下进行CO_(2)重整CH_(4)反应,考察水/碳摩尔比对放电特性和反应性能的影响。结果表明:在固定放电功率条件下,使DBD具有最强电荷传输能力和最高反应活性的最佳水/碳摩尔比为0.5;在常见产物合成气、烃类化合物的基础上,主要液态产物为甲醇、乙醇、乙酸和丙酸;在水/碳摩尔比为0.5的条件下,反应物转化率、H_(2)和CO产率、气相产物的选择性以及转化反应物、生成合成气和烃类化合物的能量效率达到最大值;增加水/碳摩尔比在抑制醇类化合物生成的同时促进酸类化合物的产生,由于总的液相产物生成量随着水/碳摩尔比的增加而逐渐减低,因而对应的能量效率也随之降低。此外,添加水蒸气能促使DBD CO_(2)重整CH_(4)反应保持良好的稳定性。

关键词：介质阻挡放电 CO_(2) 重整反应 CH_(4) 水蒸气放电特性合成气能量效率

水蒸气添加下介质阻挡放电CO重整CH反应研究

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石油学报(石油加工) 2023年

作者：张鹏梅丹华孙闵杰刘诗筠方志南京工业大学电气工程与控制科学学院

基于介质阻挡放电(DBD)装置，在添加水蒸气的情况下进行CO2重整CH4反应，考察水/碳摩尔比对放电特性和反应性能的影响。结果表明：在固定放电功率条件下，使DBD具有最强电荷传输能力和最高反应活性的最佳水/碳摩尔比为0.5；在常见产物... 详细信息

基于介质阻挡放电(DBD)装置，在添加水蒸气的情况下进行CO2重整CH4反应，考察水/碳摩尔比对放电特性和反应性能的影响。结果表明：在固定放电功率条件下，使DBD具有最强电荷传输能力和最高反应活性的最佳水/碳摩尔比为0.5；在常见产物合成气、烃类化合物的基础上，主要液态产物为甲醇、乙醇、乙酸和丙酸；在水/碳摩尔比为0.5的条件下，反应物转化率、H2和CO产率、气相产物的选择性以及转化反应物、生成合成气和烃类化合物的能量效率达到最大值；增加水/碳摩尔比在抑制醇类化合物生成的同时促进酸类化合物的产生，由于总的液相产物生成量随着水/碳摩尔比的增加而逐渐减低，因而对应的能量效率也随之降低。此外，添加水蒸气能促使DBD CO2重整CH4反应保持良好的稳定性。

关键词：介质阻挡放电 CO 重整反应 CH 水蒸气放电特性合成气能量效率

分段电极介质阻挡放电CO重整CH过程放电特性与反应性能研究

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电工技术学报 2023年

作者：孙闵杰付军辉刘泓麟梅丹华方志南京工业大学电气工程与控制科学学院

大气压低温等离子体可在温和条件下进行CO2重整CH4反应，对环境保护和能源供应具有双重意义。介质阻挡放电(DBD)是进行该反应最常用的放电等离子体形式之一，但其工艺过程和反应性能受到反应器结构的显著影响。前期研究发现，分段电极DB... 详细信息

大气压低温等离子体可在温和条件下进行CO2重整CH4反应，对环境保护和能源供应具有双重意义。介质阻挡放电(DBD)是进行该反应最常用的放电等离子体形式之一，但其工艺过程和反应性能受到反应器结构的显著影响。前期研究发现，分段电极DBD可以调节CO2重整CH4反应过程反应物转化率、产物分布及能量效率，但是分段电极数目和相邻电极间距对上述性能参数的影响机制目前尚不清晰。因此，该文设计了具有不同电极数目和不同相邻电极间距的分段电极DBD反应器，并用于CO2重整CH4反应，从电学特性和温度特性的角度研究了不同实验条件下的放电特性，比较分析了对应条件下的CO2重整CH4反应性能。结果表明，分段电极的引入可以增加放电边缘数量以增强边缘效应，同时增加分段电极数量和增加相邻电极间距均可延长反应物的有效停留时间，上述因素均有助于提高等离子体CO2重整CH4的反应性能。在施加电压11.0 kV条件下采用4段外电极时可获得最高的CO2转化率(17.7%)和CH4转化率(29.5%)，以及最大的CO选择性(36.0%)。而在2段电极结构中，相邻电极间距为3 cm时，可获得最高的总反应物转化能量效率(0.334 mmol/kJ)。

关键词：分段电极介质阻挡放电 CO 重整CH 电极数量相邻电极间距

HO体积分数对纳秒脉冲氮气DBD均匀性的影响

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高电压技术 2023年

作者：张东璇杨欣欣刘峰梅丹华方志南京工业大学电气工程与控制科学学院

为产生均匀且高活性的大气压低温等离子体，提高介质阻挡放电(dielectric barrier discharge，DBD)的应用效果，本文利用纳秒脉冲电源激励氮气DBD，并添加H2O提高等离子体活性。通过电学和光学方法诊断研究了H2O体积分数对氮气DBD特性... 详细信息

为产生均匀且高活性的大气压低温等离子体，提高介质阻挡放电(dielectric barrier discharge，DBD)的应用效果，本文利用纳秒脉冲电源激励氮气DBD，并添加H2O提高等离子体活性。通过电学和光学方法诊断研究了H2O体积分数对氮气DBD特性的影响。利用灰度分析方法和等效电路模型定量分析放电图像和电压电流波形，得到放电均匀性和电学微观参数，计算N2和N2+激发态粒子谱线强度比值来表征约化场强E/n的变化趋势。结果表明由于H2O的电离反应与H2O吸附电子之间的竞争机制，在氮气DBD中添加H2O体积分数在0%到0.6%时，放电均匀性较好，进一步添加H2O后，气隙出现微弱细丝，放电无法充满整个空间，放电均匀性变差。随H2O体积分数增加，传输电荷、平均功率、能量效率、羟基自由基·OH谱线强度以及E/n均先增大后减小，并在H2O体积分数为0.1%时到达最大值。此研究结果有利于制备均匀、稳定且高活性的大气压等离子体源。

关键词：纳秒脉冲介质阻挡放电水蒸气放电特性均匀性

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大气压低温等离子体特性与应用研究现状

中国电机工程学报 2020年第4期40卷 1339-1358+1425页

作者：梅丹华方志邵涛南京工业大学电气工程与控制科学学院中国科学院电工研究所中国科学院大学

根据近年来国内外大气压低温等离子体基本特性和实际应用的研究进展,结合2018年全国高电压与放电等离子体学术会议邀请报告和口头报告的内容,从基本特性理论研究和面向实际应用研究2个层面总结和分析了近几年来大气压低温等离子体的研... 详细信息

根据近年来国内外大气压低温等离子体基本特性和实际应用的研究进展,结合2018年全国高电压与放电等离子体学术会议邀请报告和口头报告的内容,从基本特性理论研究和面向实际应用研究2个层面总结和分析了近几年来大气压低温等离子体的研究进展。理论研究围绕等离子体激励电源、产生装置、实验诊断技术和数值仿真技术等方面展开;实际应用则主要集中在材料处理、能源转化、环境治理、生物医学、航空航天以及农业食品等领域。可以看出,国内关于大气压低温等离子体的基本特性和实际应用的研究均取得良好进展。未来应立足于相关应用领域的具体需求,解决制约该领域迅速发展的基本理论问题和关键技术问题,建立和发展面向实际应用的等离子体理论体系和工艺体系,从而促进大气压低温等离子体技术广泛应用。

关键词：大气压低温等离子体放电基本特性应用学术交流

大气压氮气交流滑动弧放电模式及其周期特性研究

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中国电机工程学报 2021年第8期41卷 2939-2947页

作者：丁亮刘诗筠梅丹华刘峰方志南京工业大学电气工程与控制科学学院江苏省南京市211800

滑动弧放电在能源环境及材料处理等领域有着广泛的应用,为指导实际应用中滑动弧电极结构和运行参数优化及应用效果提升,通过电学和光学特性等分析手段,采集并获得不同气体流量、电源调压器电压下氮气滑动弧的放电信号和放电图像,研究不... 详细信息

滑动弧放电在能源环境及材料处理等领域有着广泛的应用,为指导实际应用中滑动弧电极结构和运行参数优化及应用效果提升,通过电学和光学特性等分析手段,采集并获得不同气体流量、电源调压器电压下氮气滑动弧的放电信号和放电图像,研究不同条件下交流滑动弧放电的放电模式、伏安特性、光谱特性及电弧运动特性。研究结果表明:交流滑动弧在整个放电过程中存在稳定滑动和击穿伴随滑动两种模式,两者的电信号特征和电弧运动特征存在显著差异,通过减少气体流量或增加输入电压均会使电弧的放电模式向着稳定滑动模式转变。稳定滑动模式下的平均放电功率和滑动周期都高于击穿伴随滑动模式,且在稳定滑动模式下能产生较大的电弧弧长和弧高;交流滑动弧的发射光谱强度也和滑动弧放电模式直接相关,稳定滑动模式下的光谱强度高于击穿伴随滑动模式的光谱强度,有利于促进化学反应的进行。因此,在交流滑动弧放电实际应用中,可在较低的气体流量和较高的调压器输入电压下运行(该文在3L×min-1和120V),来获得稳定性高、活性强的等离子体,以达到提升应用效果的目的。

关键词：滑动弧放电电弧运动放电模式周期特性等离子体活性

电极长度对纳秒脉冲同轴介质阻挡放电特性的影响

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高电压技术 2019年第6期45卷 1945-1954页

作者：苗传润刘峰王乾梅丹华方志南京工业大学电气工程与控制科学学院

同轴介质阻挡放电(DBD)在环境保护和能源领域具有重要的应用价值,而其电极结构是影响其放电特性的关键因素之一。为此采用纳秒脉冲电源驱动同轴双阻挡介质反应器,研究外电极长度对其放电特性的影响。利用电学、光学和温度测量诊断了放... 详细信息

同轴介质阻挡放电(DBD)在环境保护和能源领域具有重要的应用价值,而其电极结构是影响其放电特性的关键因素之一。为此采用纳秒脉冲电源驱动同轴双阻挡介质反应器,研究外电极长度对其放电特性的影响。利用电学、光学和温度测量诊断了放电特性,依据等效电气模型分离得到放电各电气参量,并进一步得到放电功率和能量效率,研究了不同电极结构下的放电均匀性、放电功率、能量效率的变化规律,并通过建立热传导模型分析了纳秒脉冲同轴双阻挡介质反应器运行温度及能量损失。结果表明:纳秒脉冲同轴双介质阻挡放电在不同外电极长度下均表现为均匀放电形式,且受外电极长度影响较小;随外电极长度的增大,反应器气隙平均放电功率及能量效率均增大;反应器温度随运行时间增加而增加,运行900 s后反应器温度达到饱和值;电压24 kV、外电极长230 mm时反应器气隙平均放电功率最高可达34.3 W,能量效率为71.3%,此时,反应器运行900 s后,运行温度为80.1℃,内介质层温度为135.3℃;通过热传导模型分析得到同轴DBD反应器能量损失途径为热量损失(热量损耗),随长度的增大,运行温度与内介质层温度升高,反应器热量损耗率降低。

关键词：介质阻挡放电放电特性纳秒脉冲电极结构同轴反应器能量效率热量损失