水中气泡放电及产物浓度控制机理研究

发布时间：2020-05-21 14:48

【摘要】：液相放电等离子体是一种新型的水处理技术,放电过程会产生·OH、·O、H2 O2和O3等强氧化性物质,对有害物质的降解和细菌的杀灭具有显著的作用。但是面向家电应用中对处理强度安全可控的需求,液相放电技术仍存在较大的问题。首先水中发生放电需要提供107-109V/m的电场,对电源要求较高;并且放电强度调控方式依赖于高压电源的调节,由于放电限制调节范围小,而且存在较高的危险性。本文针对水中放电在强度控制方面面临的挑战,提出通过气泡诱导放电的起始和停止,并由气体流量调控处理强度的方法,对其中涉及的关键技术开展了研究。首先,搭建了能够稳定放电的针-网气泡放电结构。通过放电信号和高速相机拍摄的放电图像的分析,深入研究了气泡放电过程中出现随机性的原因。为减少放电过程的随机性,实验中以气泡放电频率为指标对放电结构参数进行优选,最终得到能够稳定放电的针-网气泡放电结构,并得出气泡放电频率能随着气体流量的增加而增加。其次,研究了水溶液介质参数、空气介质参数对放电的影响规律。实验研究了溶液电导率、温度、水面高度以及不同气体对放电的影响。并通过装置的改进解决了溶液电导率对放电的影响,从而在较高电导率下,仍能够实现气泡放电频率随气体流量的增加而增加。再次,开展了气泡放电产物浓度特性实验研究。重点测试了H2O2和O3在不同实验条件下的浓度特性,研究得出放电各产物都能够随通入气体流量的增加而得到提高,流量对产物浓度具有很好的控制作用。之后通过多针并列放电方式来提高产物的浓度,研究并得出了多针放电时,气体流量依然对气泡放电产物浓度的具有控制规律。最后,在获得了气体流量对气泡放电频率以及对产物浓度的调控规律的基础上,根据各产物的特性和测试难度,确定臭氧为控制对象。建立基于LABVIEW的臭氧浓度闭环控制系统,分别采用“气体直接通断”和“气体连续调节”两种方式,进行气体流量对放电产物浓度控制的实验验证,获得较好的控制结果。
【图文】：

水中放电,方式

流量比来控制反应生成活性物质的相对数量，实现对浓度的水中气泡的放电方式为两相体放电，较为复杂，并且气体在无论是产生脱离还是流动过程都存在较大的随机特性，导致定，目前还不能轻易的获取稳定的放电，因此对放电强度和更是十分困难。题的研究进一步提高对水中气泡放电的机理认识，实现气泡浓度简单有效可控，解决水中放电的处理强度控制的难题，的应用范围，对水中放电等离子体的水处理技术应用的进一器方向的推广，具有十分重要的意义。中气泡放电机理及产物特性的研究现状分析中放电等离子体处理方式分类水处理的水中放电方式众多，可以分为三类，水中直接的放和气水混合的放电[6]，结构示意如图 1-1 所示。三种放电形式中产生短寿命的 OH、 O、 H 以及长寿命的产物 H2O2、O3

电场分布,水中放电

对电源的要求。而且气泡的通入能够促进气体和液体之间的产物转移，，有利于性产物和被处理物质的接触，能够有效提高处理效率，所以成为国内外研究热点1.2.2 水中气泡放电特性的研究进展由于介电常数的不同，气泡的存在使电场在水中以及气泡中的电场发生变能够改变电极间的电场分布。使得气液两相体的放电比液相放电和气相放电更的复杂，相比于单纯的气体放电，模式机理还不成体系。水中气泡放电的电极构种类多样，也增加了机理研究的难度。文献[4]中对放电装置给出了较为全面的结，如图 1-2 所示。高压气流高压气流a) 气泡电晕放电结构 b) 微气泡放电结构 c)大体积气泡放电结构气流气流
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM85

【参考文献】