大气压氦气介质阻挡柱状放电极间等效电容
发布时间：2021-07-03 15:24
介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge,DBD）因可产生能量和活性粒子密度适中的非平衡低温等离子体,在各领域得到了广泛的应用。但对它的研究还需进一步的深入。本文结合了放电的外部电参量和ICCD短时曝光图像,研究了大气压氦气介质阻挡柱状放电的放电特性和演化过程。探讨了不同放电行为下极间等效电容的变化规律,提出了放电气隙和阻挡介质等效电路模型的优化方法。本文利用ICCD相机拍摄了柱状放电的底面短时曝光放电图像,阐述了在本底空气40 Pa、间隙为3 mm下的柱状放电的演化过程,根据柱状放电外加电压、回路电流Lissajous图形的变化波形曲线,研究了柱状放电的放电特性。起始放电后,降低放电维持电压,出现了稳定的柱状放电;随着外加电压降低,放电单元数量增加,放电单元面积增加,放电逐渐均匀,脉冲电流幅值也逐渐增加,且与外加电压呈现出负特性关系;对应各放电状态的Lissajous图形为多线段相互交叉的多边形;放电功率在单个放电柱时存在突变,随后随外加电压降低满足线性增长的关系。基于Lissajous图形研究了不同放电行为对极间等效电容的影响,提出了等效电路模型的优化...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DBD常用电极结构
华南理工大学硕士学位论文2面得到广泛的应用，成为了现阶段的科技应用技术的研究热点。其具体的应用研究如下：(1)臭氧制备。从1857年WernerSiemens等人[5]首次提出DBD产生臭氧至20世纪初，历时100多年历史的DBD臭氧制备技术，现阶段仍是制备臭氧的主要手段。最初的大型臭氧制备发生器采用多个DBD放电单元嵌套的形式构成如图1-2所示，以实现产生大面积的、均匀的、稳定的、大功率的等离子体层。国内华南理工大学、北京化工大学等也就DBD生成的臭氧发生器的电极配置的改进、效率提升方法以及减少传输损耗等方面进行了大量的研究[6-8]。图1-2DBD臭氧发生器[6](2)低温等离子体最重要的工业应用之一——对材料进行表面改性、修饰。基于低温等离子体可产生化学特性的微粒，不会改变基体固有性能，且仅作用材料表面几至几十纳米处，节能环保、操作简单方便，又作用时间短、反应速率高等优点，使其广泛应用于处理复杂多样的材料。1988年日本S.Kanazawa等人[9]首次提出利用辉光放电产生的等离子体来处理PET薄膜材料的试验方案，试验结果表明经过处理后的PET薄膜表面氟化和沉积相比低气压放电效果更好。巴拉那联邦大学[10]通过介质阻挡放电产生了低温等离子体，并结合后期的低温等离子体沉积技术对多种绝缘子材料表面进行了试验处理，发现绝缘子表面材料的亲水角相比于未处理前提高了36°左右，如图1-3所示，说明绝缘子材料获得了憎水性，材料表面的较强的憎水性是极大地提高绝缘子表面闪络电压的前提。这对于电力设备的运行安全具有历史性的意义。图1-3材料表面改性前后亲水角对比情况[10]，(a)未处理前，(b)等离子体处理后
其降解率可达到88%[12]；中科院土壤研究所对污染滴滴涕（DDTs）的土壤进行了等离子体处理，发现持续处理20min后发现（DDTs）减少约97%[13]。(4)等离子体生物科技、医学治疗方面的应用技术。1968年美国Menashi首次提出了通过射频等离子体对容器内壁细菌的处理试验，发现在一定时间内每平方英寸的细菌近似全部死亡，并将该技术申请了专利[14]。这一重大发现开启了等离子体医学的研究。随后韩国德雷塞尔大学[15]利用低温等离子体技术对处理了手臂上表面的皮肤癌细胞发现，经过DBD产生的等离子体处理的癌细胞数量上明显减少，如图1-4所示，可见其对癌细胞有有选择性消灭作用。对于现阶段癌细胞的治疗具有很好的参考价值。图1-4处理前后的皮肤癌细胞对比图（绿色为凋亡细胞）[15]1.2大气压介质阻挡放电的研究现状目前，DBD的研究主要集中在物理实现与技术应用这两个方面，物理实现的研究主要包含放电的机理、特性、模式诊断与转化机制等，技术应用研究主要集中在等离子体产生的稳定性、高效性以及可靠性等方面。同时，介质阻挡放电过程中存在着多种物理变化和化学反应，呈现出复杂多变放电行为，在不同外部参数(介质材料、气体压强、电源频率、放电间隙等)条件下，DBD会因外部试验参数的变化呈现出丝状放电
【参考文献】：
期刊论文
[1]高气压型臭氧发生器结构设计与性能研究[J]. 吴佳凡,李军,张希,戴永红. 造纸科学与技术. 2019(01)
[2]介质阻挡放电三层放电气隙放电丝的光谱特性研究[J]. 冯建宇,董丽芳,魏领燕,刘莹,牛雪姣. 光谱学与光谱分析. 2017(02)
[3]沿面放电生成臭氧的传输损耗研究[J]. 李杰,赵先军,商克峰,姜楠,鲁娜,吴彦. 高电压技术. 2016(02)
[4]介质阻挡放电中不同厚度气隙内微放电通道的光谱特性研究[J]. 高烨楠,董丽芳,刘莹. 光谱学与光谱分析. 2015(10)
[5]沿面型介质阻挡放电中高压电极配置对放电特性及臭氧产量的影响[J]. 张颖,李凌寒啸,李杰,岳帅,商克峰,吴彦. 高电压技术. 2015(02)
[6]热刺激电流测量装置及其用于介质阻挡均匀放电的研究[J]. 王新新,刘凯,罗海云,岳阳. 高电压技术. 2015(01)
[7]介质阻挡放电中的八边形结构[J]. 赵龙虎,董丽芳,狄聪,张新普,张超. 河北大学学报(自然科学版). 2013(03)
[8]重度滴滴涕污染土壤低温等离子体修复条件优化研究[J]. 陈海红,骆永明,滕应,刘五星,潘澄,李振高,黄玉娟. 环境科学. 2013(01)
[9]大气压空气介质阻挡汤森放电[J]. 罗海云,冉俊霞,王新新. 高电压技术. 2012(07)
[10]大气压下氦气介质阻挡辉光放电过程的Lissajous图形分析[J]. 郝艳捧,刘耀阁,郑彬. 高电压技术. 2012(05)
本文编号：3262844
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DBD常用电极结构
华南理工大学硕士学位论文2面得到广泛的应用，成为了现阶段的科技应用技术的研究热点。其具体的应用研究如下：(1)臭氧制备。从1857年WernerSiemens等人[5]首次提出DBD产生臭氧至20世纪初，历时100多年历史的DBD臭氧制备技术，现阶段仍是制备臭氧的主要手段。最初的大型臭氧制备发生器采用多个DBD放电单元嵌套的形式构成如图1-2所示，以实现产生大面积的、均匀的、稳定的、大功率的等离子体层。国内华南理工大学、北京化工大学等也就DBD生成的臭氧发生器的电极配置的改进、效率提升方法以及减少传输损耗等方面进行了大量的研究[6-8]。图1-2DBD臭氧发生器[6](2)低温等离子体最重要的工业应用之一——对材料进行表面改性、修饰。基于低温等离子体可产生化学特性的微粒，不会改变基体固有性能，且仅作用材料表面几至几十纳米处，节能环保、操作简单方便，又作用时间短、反应速率高等优点，使其广泛应用于处理复杂多样的材料。1988年日本S.Kanazawa等人[9]首次提出利用辉光放电产生的等离子体来处理PET薄膜材料的试验方案，试验结果表明经过处理后的PET薄膜表面氟化和沉积相比低气压放电效果更好。巴拉那联邦大学[10]通过介质阻挡放电产生了低温等离子体，并结合后期的低温等离子体沉积技术对多种绝缘子材料表面进行了试验处理，发现绝缘子表面材料的亲水角相比于未处理前提高了36°左右，如图1-3所示，说明绝缘子材料获得了憎水性，材料表面的较强的憎水性是极大地提高绝缘子表面闪络电压的前提。这对于电力设备的运行安全具有历史性的意义。图1-3材料表面改性前后亲水角对比情况[10]，(a)未处理前，(b)等离子体处理后
其降解率可达到88%[12]；中科院土壤研究所对污染滴滴涕（DDTs）的土壤进行了等离子体处理，发现持续处理20min后发现（DDTs）减少约97%[13]。(4)等离子体生物科技、医学治疗方面的应用技术。1968年美国Menashi首次提出了通过射频等离子体对容器内壁细菌的处理试验，发现在一定时间内每平方英寸的细菌近似全部死亡，并将该技术申请了专利[14]。这一重大发现开启了等离子体医学的研究。随后韩国德雷塞尔大学[15]利用低温等离子体技术对处理了手臂上表面的皮肤癌细胞发现，经过DBD产生的等离子体处理的癌细胞数量上明显减少，如图1-4所示，可见其对癌细胞有有选择性消灭作用。对于现阶段癌细胞的治疗具有很好的参考价值。图1-4处理前后的皮肤癌细胞对比图（绿色为凋亡细胞）[15]1.2大气压介质阻挡放电的研究现状目前，DBD的研究主要集中在物理实现与技术应用这两个方面，物理实现的研究主要包含放电的机理、特性、模式诊断与转化机制等，技术应用研究主要集中在等离子体产生的稳定性、高效性以及可靠性等方面。同时，介质阻挡放电过程中存在着多种物理变化和化学反应，呈现出复杂多变放电行为，在不同外部参数(介质材料、气体压强、电源频率、放电间隙等)条件下，DBD会因外部试验参数的变化呈现出丝状放电
【参考文献】：
期刊论文
[1]高气压型臭氧发生器结构设计与性能研究[J]. 吴佳凡,李军,张希,戴永红. 造纸科学与技术. 2019(01)
[2]介质阻挡放电三层放电气隙放电丝的光谱特性研究[J]. 冯建宇,董丽芳,魏领燕,刘莹,牛雪姣. 光谱学与光谱分析. 2017(02)
[3]沿面放电生成臭氧的传输损耗研究[J]. 李杰,赵先军,商克峰,姜楠,鲁娜,吴彦. 高电压技术. 2016(02)
[4]介质阻挡放电中不同厚度气隙内微放电通道的光谱特性研究[J]. 高烨楠,董丽芳,刘莹. 光谱学与光谱分析. 2015(10)
[5]沿面型介质阻挡放电中高压电极配置对放电特性及臭氧产量的影响[J]. 张颖,李凌寒啸,李杰,岳帅,商克峰,吴彦. 高电压技术. 2015(02)
[6]热刺激电流测量装置及其用于介质阻挡均匀放电的研究[J]. 王新新,刘凯,罗海云,岳阳. 高电压技术. 2015(01)
[7]介质阻挡放电中的八边形结构[J]. 赵龙虎,董丽芳,狄聪,张新普,张超. 河北大学学报(自然科学版). 2013(03)
[8]重度滴滴涕污染土壤低温等离子体修复条件优化研究[J]. 陈海红,骆永明,滕应,刘五星,潘澄,李振高,黄玉娟. 环境科学. 2013(01)
[9]大气压空气介质阻挡汤森放电[J]. 罗海云,冉俊霞,王新新. 高电压技术. 2012(07)
[10]大气压下氦气介质阻挡辉光放电过程的Lissajous图形分析[J]. 郝艳捧,刘耀阁,郑彬. 高电压技术. 2012(05)
本文编号：3262844
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