氧气/空气源低温等离子体发生器的性能对比分析
发布时间：2021-10-12 03:52
为对比不同气源的介质阻挡放电型低温等离子体发生器的性能参数,分别以氧气和空气为气源,对发生器进行了静态对比试验,研究了放电电极面积、放电电压峰峰值、气体体积流量对放电功率、单周期电荷传输量、O3浓度、O3产量和O3产率的影响。结果表明,当放电电极面积增大时,放电功率和单周期电荷传输量均线性增大,但空气源对应的放电功率和单周期电荷传输量及其增长速率较低;此时,氧气和空气源的O3浓度整体呈上升趋势而O3产率则呈下降趋势。当放电电压峰峰值增大时,氧气和空气源的放电功率和单周期电荷传输量均显著增大,且后期增大速率加快;O3浓度均先升后降而O3产率则逐渐减小,高浓度和高产率不可兼得。不同放电频率下,氧气源的最大臭氧浓度大于55 mg/L,空气源的最大臭氧质量浓度在48 mg/L之间。当气体体积流量增大时,氧气源的放电功率和单周期电荷传输量均先上升后趋于平缓,而空气源的放电功率和单周期电荷传输量则逐渐增大;氧气源的O
【文章来源】：农业工程学报. 2016,32(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
试验装置示意图
保琋2与O2反生反应，生成O原子[22]，N2首先通过R7～R8电离成激发态，然后在放电微通道形成的100ns内，通过R9～R12，生成O、N2O和NO[23]，O原子浓度的提高有助于O3的生成[9]。3试验结果与分析3.1放电电极面积SE对放电性能参量和O3生成的影响3.1.1放电电极面积SE对放电功率P和单周期电荷传输量Q的影响当气体流量qv=5L/min，放电频率f=8.3kHz，放电电压峰峰值Up-p=17.5kV保持一定时，负载等效电容C、介质等效电容Cd、气隙等效电容Cg随SE的变化情况如图2所示。由图2可见，当SE线性增大时，氧气和空气源的C、Cd、Cg均线性增大。这是由于Cd∝εdS（式中εd为介电常数，S为带电粒子覆盖在介质上的有效放电面积），显然S越大，Cd越大。而S与SE有关，当SE线性增大时，更多的快脉冲放电通道被打开，覆盖在介质上的带电粒子数目随之增多，S线性增大，Cd也线性增大。C和Cg的变化情况与Cd类似。注：C为负载等效电容，Cd为介质等效电容，Cg为气隙等效电容。Note:Cisloadcapacity,CdisbarriercapacityandCgisgasgapcapacity.图2等效电容随放电电极面积的变化关系Fig.2Equivalentcapacitancevs.electrodearea放电功率P和单周期电荷传输量Q随SE的变化情况如图3所示。由图3可见，以氧气和空气为气源时，P和Q随SE线性增加，这是等效电容线性增大的结果。但以空气为气源时，P和Q随SE增长的速率比氧气源的校这是由于空气中O2体积分数为21%，N2体积分数为78%，而O2比N2俘获自由电子能力强，氧气比空气更易被电离，因此在纯氧（浓度99.99%）气氛下，能获得更多电子，传输电荷量更多，功率?
貉跗?空气源低温等离子体发生器的性能对比分析105Y=c·qv，（1）=Y/P。（2）O3浓度和产率随SE的变化情况如图4。由图4可见，以氧气为气源时，O3浓度随着SE的增加逐渐增大，而O3产率则逐渐减小；以空气为气源时，O3浓度和产率整体也呈上升趋势，但在SE=176cm2，O3浓度也较高。由于qv不变，所以O3产量与O3浓度的变化规律一致。从生成O3浓度的角度考虑，可取较大的SE。注：P为放电功率，Q为单周期电荷传输量。Note:PisdischargepowerandQischargeflux.图3放电功率和单周期电荷传输量随放电电极面积的变化Fig.3Dischargepowerandchargefluxvs.electrodeareaa.氧气源的O3质量浓度和产率a.O3massconcentrationandoutputefficiencyinoxygendischargeb.空气源的O3质量浓度和产率b.O3massconcentrationandoutputefficiencyinairdischarge图4放电电极面积对O3生成的影响Fig.4EffectsofelectrodeareaonO3regeneration3.2电压峰峰值Up-p对放电性能参量和O3生成的影响3.2.1电压峰峰值Up-p对放电功率P和单周期电荷传输量Q的影响当SE=704cm2，f=8.3kHz，qv=5L/min保持一定时，放电功率P和单周期电荷传输量Q随放电电压峰峰值Up-p的变化情况如图5所示。由图5可见，氧气源和空气源的P和Q均随着Up-p升高而升高，且升高速率逐渐加快。这是因为当Up-p增大时，放电气隙两端的电压随之增大，形成更多时空随机分布的放电细丝[24]，微观上表现为单周期电荷传输量Q变大，传输电荷的能力增强，宏观上表现为功率增大。在相同Up-p下，氧气源的P和Q更大，这是因为氧气源中含有更多的O2分子，更易被电离，传输电荷?
本文编号：3431832
【文章来源】：农业工程学报. 2016,32(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
试验装置示意图
保琋2与O2反生反应，生成O原子[22]，N2首先通过R7～R8电离成激发态，然后在放电微通道形成的100ns内，通过R9～R12，生成O、N2O和NO[23]，O原子浓度的提高有助于O3的生成[9]。3试验结果与分析3.1放电电极面积SE对放电性能参量和O3生成的影响3.1.1放电电极面积SE对放电功率P和单周期电荷传输量Q的影响当气体流量qv=5L/min，放电频率f=8.3kHz，放电电压峰峰值Up-p=17.5kV保持一定时，负载等效电容C、介质等效电容Cd、气隙等效电容Cg随SE的变化情况如图2所示。由图2可见，当SE线性增大时，氧气和空气源的C、Cd、Cg均线性增大。这是由于Cd∝εdS（式中εd为介电常数，S为带电粒子覆盖在介质上的有效放电面积），显然S越大，Cd越大。而S与SE有关，当SE线性增大时，更多的快脉冲放电通道被打开，覆盖在介质上的带电粒子数目随之增多，S线性增大，Cd也线性增大。C和Cg的变化情况与Cd类似。注：C为负载等效电容，Cd为介质等效电容，Cg为气隙等效电容。Note:Cisloadcapacity,CdisbarriercapacityandCgisgasgapcapacity.图2等效电容随放电电极面积的变化关系Fig.2Equivalentcapacitancevs.electrodearea放电功率P和单周期电荷传输量Q随SE的变化情况如图3所示。由图3可见，以氧气和空气为气源时，P和Q随SE线性增加，这是等效电容线性增大的结果。但以空气为气源时，P和Q随SE增长的速率比氧气源的校这是由于空气中O2体积分数为21%，N2体积分数为78%，而O2比N2俘获自由电子能力强，氧气比空气更易被电离，因此在纯氧（浓度99.99%）气氛下，能获得更多电子，传输电荷量更多，功率?
貉跗?空气源低温等离子体发生器的性能对比分析105Y=c·qv，（1）=Y/P。（2）O3浓度和产率随SE的变化情况如图4。由图4可见，以氧气为气源时，O3浓度随着SE的增加逐渐增大，而O3产率则逐渐减小；以空气为气源时，O3浓度和产率整体也呈上升趋势，但在SE=176cm2，O3浓度也较高。由于qv不变，所以O3产量与O3浓度的变化规律一致。从生成O3浓度的角度考虑，可取较大的SE。注：P为放电功率，Q为单周期电荷传输量。Note:PisdischargepowerandQischargeflux.图3放电功率和单周期电荷传输量随放电电极面积的变化Fig.3Dischargepowerandchargefluxvs.electrodeareaa.氧气源的O3质量浓度和产率a.O3massconcentrationandoutputefficiencyinoxygendischargeb.空气源的O3质量浓度和产率b.O3massconcentrationandoutputefficiencyinairdischarge图4放电电极面积对O3生成的影响Fig.4EffectsofelectrodeareaonO3regeneration3.2电压峰峰值Up-p对放电性能参量和O3生成的影响3.2.1电压峰峰值Up-p对放电功率P和单周期电荷传输量Q的影响当SE=704cm2，f=8.3kHz，qv=5L/min保持一定时，放电功率P和单周期电荷传输量Q随放电电压峰峰值Up-p的变化情况如图5所示。由图5可见，氧气源和空气源的P和Q均随着Up-p升高而升高，且升高速率逐渐加快。这是因为当Up-p增大时，放电气隙两端的电压随之增大，形成更多时空随机分布的放电细丝[24]，微观上表现为单周期电荷传输量Q变大，传输电荷的能力增强，宏观上表现为功率增大。在相同Up-p下，氧气源的P和Q更大，这是因为氧气源中含有更多的O2分子，更易被电离，传输电荷?
本文编号：3431832
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