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非平衡态等离子体技术处理含聚废水降黏实验研究

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真空科学与技术学报 2024年第5期44卷 409-416页

作者：李森程卫民张甜甜廖晓旭赵悦彤马婷婷常州大学石油与天然气工程学院能源学院常州213164 东北石油大学石油工程学院大庆163000 徐州市水务局徐州221008

聚丙烯酰胺(HPAM)是聚合物驱技术中最常用的聚合物,能有效提高油田采收率,但同时会产生大量含聚废水。HPAM会使废水具有高乳化性和高黏度的特性,增加采油废水的处理难度。因此需要寻找一种可以快速、高效处理含聚废水的方法。文章设计... 详细信息

聚丙烯酰胺(HPAM)是聚合物驱技术中最常用的聚合物,能有效提高油田采收率,但同时会产生大量含聚废水。HPAM会使废水具有高乳化性和高黏度的特性,增加采油废水的处理难度。因此需要寻找一种可以快速、高效处理含聚废水的方法。文章设计了一个非平衡态等离子体流动反应器,使用该反应器处理HPAM溶液,研究了放电气体、放电电压、放电时间和溶液浓度对HPAM溶液黏度降低的影响规律。实验结果表明,不同放电气体的降黏效果由高到低为空气、O2、N2、Ar;当放电气体为空气,放电电压50 kV,放电时间为6 s,溶液初始浓度为0.5 g/L时,含聚废水黏度最高可以降低99.87%。同时,测量了处理前后溶液中主要相关物质的变化,进一步分析了溶液黏度下降的机理。研究结果表明,这种非平衡等离子体处理方式是处理含HPAM油田废水的一种很有前途的处理方法。

关键词：聚丙烯酰胺黏度非平衡态等离子体气体放电

O_2非平衡态等离子体中电子平均能量的谱线监测

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光谱学与光谱分析 2005年第9期25卷 1534-1535页

作者：董丽芳殷燕河北大学物理科学与技术学院河北保定071002

采用蒙特卡罗方法,模拟了O2非平衡态直流放电等离子体过程。计算了不同E/N条件下电子在氧气中的漂移速度,结果与实验数据符合得很好。模拟了电子平均能量和电子激发态粒子数随E/N的变化关系。提出了一种通过监测两条紫外谱线202.6和280n... 详细信息

采用蒙特卡罗方法,模拟了O2非平衡态直流放电等离子体过程。计算了不同E/N条件下电子在氧气中的漂移速度,结果与实验数据符合得很好。模拟了电子平均能量和电子激发态粒子数随E/N的变化关系。提出了一种通过监测两条紫外谱线202.6和280nm强度之比来监测电子平均能量的方法。该方法对于非平衡态气体放电等离子体在材料制备、激光应用及微电子技术等领域中的应用具有重要意义。

关键词：非平衡态等离子体电子平均能量蒙特卡罗模拟

高压SF_6断路器非平衡态等离子体电弧的熄弧特性

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高电压技术 2014年第10期40卷 3073-3084页

作者：王飞鸣林莘徐建源沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870

SF6高压断路器开断过程是结合电弧特性、压气特性、气流特性、电磁特性、温度特性、介质恢复特性等的多物理动态过程。为避免其熄弧重燃,考虑电弧能量对等离子体内电子温度和重粒子温度的动态作用的情况下,建立了SF6气体电弧等离子体非... 详细信息

SF6高压断路器开断过程是结合电弧特性、压气特性、气流特性、电磁特性、温度特性、介质恢复特性等的多物理动态过程。为避免其熄弧重燃,考虑电弧能量对等离子体内电子温度和重粒子温度的动态作用的情况下,建立了SF6气体电弧等离子体非平衡态双温度电弧数学模型。计算得出了等离子体中各粒子密度随电子和重粒子温度变化曲线,带电粒子密度随温度和压强的变化趋势,以及非平衡态等离子体电导率在不同压强下随温度变化的曲线。通过126 kV断路器负载开断过程压气特性和气流特性计算,得到了熄弧过程中灭弧室内的压强、温度和密度分布。考虑空间电荷对灭弧室内电场分布的影响,计算了气流运动过程中的电场分布,计算了熄弧过程中介质恢复特性分布,分析了电弧等离子体熄灭动态过程中微观参数的变化情况。计算表明:1 600 A燃弧2 ms小电流电弧开断弧后0.2 ms内介质恢复平均速度为175 kV/ms,明显快于电压恢复速度37.7 kV/ms;开断速度对不同燃弧时间下的介质恢复特性有直接的影响,燃弧时间越短越容易发生重燃弧现象;燃弧时间<2 ms时,开断速度为11 m/s的击穿裕度值较大,可以保证弧后不会发生重燃弧现象。

关键词： SF6 高压断路器非平衡态等离子体空间电荷耦合计算介质恢复特性 SF6

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非平衡态等离子体协同催化降解含聚污水研究

非平衡态等离子体协同催化降解含聚污水研究

作者：朱晨阳常州大学

学位级别：硕士

聚合物驱提高油田采收率的同时会产生大量的含聚丙烯酰胺污水(The Polyacrylamide,PAM),含聚污水具有粘度大和乳化程度高等特点,不经处理的含聚污水直接排放会对生态环境造成极大破坏。因此,降解含聚污水已成为人们研究的热点。传统降... 详细信息

聚合物驱提高油田采收率的同时会产生大量的含聚丙烯酰胺污水(The Polyacrylamide,PAM),含聚污水具有粘度大和乳化程度高等特点,不经处理的含聚污水直接排放会对生态环境造成极大破坏。因此,降解含聚污水已成为人们研究的热点。传统降解含聚污水方法主要包括物理法、化学法和生物法。物理法主要通过物理切割或膜分离使污染物转移,其降解效率较低;化学法主要通过在含聚污水中添加化学试剂,其降解效率较高,但会产生二次污染;生物法通过在含聚污水中加入以菌株,此方法可以使PAM完全降解,但菌株选取和培育需要大量时间且易受到水质影响。因此,寻找一种高效绿色的降解方式是当前研究的热点。非平衡态等离子体降解技术作为一种新型的高级氧化技术,其在污染物处理等方面运用广泛。介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge,DBD)作为产生非平衡态等离子体的放电形式之一,具有操作简单和安全可靠等优势。本文致力于研究DBD放电产生非平衡态等离子体降解含聚污水的可行性,首先利用数值模拟软件模拟DBD放电过程,研究非平衡态等离子体反应机理。从提高其降解效率的角度出发,设计了一双玻璃介质水冷DBD反应器,研究了不同放电时间、PAM溶液浓度、放电电压的条件下,非平衡态等离子体对PAM溶液的降解率和PH变化,为了提高DBD能量利用率,在反应器中添加AC/Mn+Ti O和γ-AlO催化剂,研究不同种类催化剂和催化剂添加量对PAM溶液降解率和PH的影响。并主要得出以下结论:1.在放电过程中,气隙电压最大值约为1.6 k V,电流密度在气隙电压的上升边缘达到最大值,约为5 A/m。气隙电压和电流密度随着电源电压的增大而增大。但由于电荷表面积累形成了附加电场,使气隙电压基本保持不变直至电源电压达到峰值,后随着电源电压的减小而减小;2.在放电初期,电子温度由于在电子和空气粒子的非弹性碰撞而减小,约为0.5 e V。一段时间后,电子的二次碰撞提高了电子温度且电子温度最大值约为2.7 e V;3.非平衡态等离子体降解PAM溶液过程中,放电时间为300min,PAM溶液浓度为1000 mg/L,放电电压为20 k V时,PAM溶液降解率最高为83%;放电时间为0～30min时,PAM溶液PH明显下降,数值约为2.5,但放电30min后PAM溶液PH变化很小,数值约为1.8;4.非平衡态等离子体协同催化降解PAM溶液过程中,被激发粒子退激会释放光子,光子使AC/Mn+Ti O产生空穴,促进形成羟基自由基,提高PAM溶液降解率,最高可达到85%。γ-AlO可促进臭氧产生,从而提高PAM溶液降解率,最高可达到81%。

关键词：含聚污水非平衡态等离子体 DBD 降解率 PH 数值模拟

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非平衡态等离子体强化油水分离研究

非平衡态等离子体强化油水分离研究

作者：冯宸常州大学

学位级别：硕士

聚合物驱油技术在油田中广泛应用,聚驱采油技术通常使用的聚合物是聚丙烯酰胺(The Polyacrylamide,PAM),因此使用该技术提高原油采收率的同时含聚含油污水中也会含有大量高浓度的PAM溶液,而PAM溶液属于粘弹性流体,使得含聚含油污水粘度... 详细信息

聚合物驱油技术在油田中广泛应用,聚驱采油技术通常使用的聚合物是聚丙烯酰胺(The Polyacrylamide,PAM),因此使用该技术提高原油采收率的同时含聚含油污水中也会含有大量高浓度的PAM溶液,而PAM溶液属于粘弹性流体,使得含聚含油污水粘度较高,是导致含聚含油污水油水难以分离的重要因素。为了提高含聚含油污水油水分离的效果,必须降低含聚含油污水的粘度。本文利用COMSOL数值模拟软件建立几何模型,设定边界条件为常温和一个标准大气压,并采用了自由三角形网格进行剖分。在数值模拟过程中选择Level Set的方法对多个油滴在PAM溶液中上升与油层融合过程进行研究与分析,主要对油滴体积分数、油滴聚结与上浮速度和油滴周围压力的变化情况来进行分析。为了研究非平衡态等离子体强化含聚含油污水油水分离的效果,设计了一种带有水冷功能的双玻璃介质阻挡放电反应器。通过该装置进行非平衡态等离子体放电实验,改变电压、PAM溶液浓度和时间,添加AC/Mn+Ti O催化剂及活性氧化铝γ-AlO催化剂来分析这些因素对PAM溶液粘度的影响。本文利用环境扫描电镜(ESEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和X射线光电子能谱仪(XPS)对放电前后PAM溶液和催化剂颗粒进行表征研究。考虑到等离子体放电能否强化油水分离,降低含聚含油污水油水分离难度,在进行放电实验的同时对模拟含聚含油污水中含油量的变化进行了测定,以此来研究其含油量的变化规律及油水分离的效果。并得到以下研究结论:(1)油滴粘度的改变对体积分数的影响并不明显。油滴聚结与上浮速度受油滴粘度的影响较大,随着油滴粘度的增大,其聚结与上浮速度逐渐减小。当油滴粘度为0.1Pa·s时,油滴聚结时间为8s,油滴撞入水面油层时间为20s,所需时间最短。当粘度为0.5Pa·s时,油滴聚结过程所需时间最长,达到14s。油滴粘度的变化对压力产生的影响较小,压力分布主要与高度有关,随着高度的增加,压力呈线性降低趋势;(2)随着放电电压的增大,加快了强氧化物的生成,使放电的效果增强,溶液粘度随着放电时间的增大而逐渐降低,一般在20～30min时,PAM粘度降至最低,基本与水保持一致。随着溶液初始浓度的增加,相同时间内溶液粘度降低的更少;(3)随着放电电压的增大,模拟含聚含油污水的粘度降低的越快,更有利于油水分离。当电压为16k V时,放电30min后溶液含油量降低效果一般,当电压为19k V和20k V时,溶液含油量降低的很快,油水分离效果较为明显。模拟含聚含油污水的含油量对油水分离效果影响较大。当其初始浓度增大到30mg/L时,油水分离效果变差,不利于实验的进行;(4)添加催化剂能够有效提升反应的速度和效率,最高能达到10%～15%,溶液粘度降低的更快。溶液初始浓度的变化也会影响到其降粘效率,当其浓度为1g/L时降粘效率最高,且降粘效率随着浓度的增加而降低;(5)放电30min后,AC/Mn+Ti O催化剂及γ-AlO催化剂的元素组成、PAM的微观结构以及官能团并未发生太大变化,说明PAM溶液在放电过程中并未被降解,其粘度降低的主要原因是放电导致PAM大分子链发生蜷缩,分子间缠绕能力减弱。

关键词：油水分离含聚含油污水聚丙烯酰胺非平衡态等离子体油滴聚结与上浮

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非平衡态等离子体的冶金效应

上海金属 2004年第5期26卷 14-18页

作者：张玉文丁伟中聂世锋上海大学上海市钢铁冶金重点实验室上海200072

论述和分析了非平衡态等离子体冶金效应的作用机理、影响因素及研究概况。与传统冶金过程中主要利用高温等离子体作为热源不同,非平衡态低温氢等离子体可以更有效地发挥其中化学活性粒子的冶金强化效应,对于高熔点、难还原金属氧化物的... 详细信息

论述和分析了非平衡态等离子体冶金效应的作用机理、影响因素及研究概况。与传统冶金过程中主要利用高温等离子体作为热源不同,非平衡态低温氢等离子体可以更有效地发挥其中化学活性粒子的冶金强化效应,对于高熔点、难还原金属氧化物的还原,是一种潜在的可能的冶炼方法。

关键词：非平衡态等离子体冶金技术热源化学活性金属氧化物

CO2气氛煤气化焦油气非平衡态等离子体转化研究

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CO2气氛煤气化焦油气非平衡态等离子体转化研究

作者：戴超东南大学

学位级别：硕士

新一代煤化工技术和开发适合我国国情的洁净煤技术对我国能源使用及环境问题解决具有重要意义,其中煤气化是现代煤化工的龙头。在不以制取焦油为目的煤炭加工过程中,焦油就成为了副产物,煤气化过程中会伴随焦油的生成,如果这些焦油组分... 详细信息

新一代煤化工技术和开发适合我国国情的洁净煤技术对我国能源使用及环境问题解决具有重要意义,其中煤气化是现代煤化工的龙头。在不以制取焦油为目的煤炭加工过程中,焦油就成为了副产物,煤气化过程中会伴随焦油的生成,如果这些焦油组分不能得到很好的去除将会对气化系统及用气设备产生极大危害,因此研究煤气化合成气中焦油等污染物净化及重整转化技术具有重要意义。此外,非平衡态等离子体在化学反应转化领域具有独特的优势,正成为新的研究热点。本文提出将非平衡态等离子体技术运用于煤气化焦油重整转化中,建立无焦油煤气化系统,并研究煤气化焦油非平衡态等离子体重整转化特性。针对无焦油煤气化系统,本文首先对煤气化系统部分进行一定程度的研究,提出了一种以CO2为介质的间壁式加热两段式煤气化圆管移动床反应器,通过数值模拟研究对间壁式加热段的加热效果进行评估并对该段中的煤热解反应特性进行分析。结果表明间壁式加热移动颗粒床能够获得理想的加热效果,热解反应也能够顺利发生。对于非平衡态等离子体作用下焦油苯在CO2气氛下的重整转化特性研究,本文以焦油组分苯为研究对象,为获得焦油主要组分苯在CO2气氛下的非平衡态等离子体转化特性及机理。本文以实验与数值模拟为主要手段,其中实验包括转化产物组分的测量与等离子体发生光谱的诊断。因反应气氛对焦油的转化影响至关重要,文中首先对背景气纯CO2非平衡态等离子体反应特性进行实验,并建立CO2非平衡态等离子体反应模型,为预备性研究。然后,对苯在CO2气氛下非平衡态等离子体转化实验的产物及等离子体光谱特性进行分析,并根据实验结果建立CO2气氛苯在非平衡态等离子体作用下的非热力学转化机理模型,通过对比高温下苯的热力学转化与非平衡态等离子体作用下苯的非热力学转化的动力学模拟结果,对转化过程及机理进行分析与讨论。结果表明:CO2在非平衡态等离子体作下能够转化生成CO与O2,CO2非平衡态等离子体发射光谱谱线中强度最大的谱线均为O自由基的激发谱线,O自由基的产生是CO2非平衡态等离子体活性的主要来源之一。CO2气氛下焦油气组分苯的非平衡态等离子体转化反应实验表明,转化反应的气态产物以CO为主,转化过程中会伴随积碳的生成。对比分析CO2、纯苯气及混合模拟气的非平衡态等离子体发射光谱表明,CO2非平衡态等离子体相比苯占据主导地位,因此CO2非平衡态等离子体离解产生的O自由基在苯非平衡态等离子体转化反应过程中会起到至关重要的作用。最后,对于CO2气氛下焦油气组分苯非平衡态等离子体转化机理分析表明,对比高温下苯的热力学转化动力学模拟结果,CO2非平衡态等离子体中离解生成的O自由基是触发转化反应的主要原因之一,该自由基在高温下苯的热力学转化动力学模拟中未出现。在O自由作用下动力学模拟结果中的气态产物与实验保持一致。此外,对于积碳形成机理的分析表明,积碳主要以单质碳为主,形成应与苯在放电条件下发生的系列电子碰撞离解反应密切相关。

关键词：煤气化焦油转化非平衡态等离子体光谱诊断反应机理

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非平衡态等离子体降解流动态甲苯

化学世界 2000年第S1期41卷 72-页

作者：郑光云侯健蒋洁敏侯惠奇复旦大学环境科学研究所上海200433

DBD非平衡态等离子体辅助甲烷燃烧的数值研究

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常州大学学报(自然科学版) 2024年

作者：陶正德张正宇徐瑶程卫民廖晓旭赵悦彤何鑫李森常州大学能源学院江苏威诺检测技术有限公司东北石油大学石油工程学院

本文采用一维等离子体流体模型对微尺度介质阻挡放电（DBD）非平衡态等离子体辅助甲烷空气燃烧过程进行数值模拟,并且与没有附加等离子体的情况进行对比。模拟结果指出,在放电初始阶段,放电间隙中的温度呈现显著阶梯上升趋势,燃烧反应... 详细信息

本文采用一维等离子体流体模型对微尺度介质阻挡放电（DBD）非平衡态等离子体辅助甲烷空气燃烧过程进行数值模拟,并且与没有附加等离子体的情况进行对比。模拟结果指出,在放电初始阶段,放电间隙中的温度呈现显著阶梯上升趋势,燃烧反应导致气体温度升高加快。随着放电电压增加,电子密度的峰值不断升高,不同电压下的电子密度总体呈现下降的趋势,电子密度最终稳定在1016～1017的数量级。放电极大地提高了活性粒子CH4,CH3和CH3O等主要粒子的摩尔分数,随着电压的升高,各粒子的摩尔分数呈现不同的变化趋势。

关键词：非平衡态等离子体甲烷-空气燃烧数值模拟