本文關(guān)鍵詞：分區(qū)激勵式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列研究

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【摘要】：隨著我國經(jīng)濟(jì)快速增長和國際貿(mào)易不斷發(fā)展,各大港口船舶壓載水排放量也逐年增加,船舶壓載水中攜帶大量外來生物,使我國海洋生態(tài)環(huán)境面臨越來越大的外來生物入侵壓力。利用基于大氣壓強(qiáng)電場放電的高級氧化技術(shù)是一種安全有效的壓載水處理方法,該方法的核心是研制能夠連續(xù)、規(guī)模、高效制備活性氧粒子的發(fā)生裝置。傳統(tǒng)規(guī)�；钚匝趿Ｗ影l(fā)生裝置,由于存在幾何尺度放大效應(yīng),致使放電體系難以在數(shù)千赫茲以上的高頻下運行。而較低的激勵頻率使活性氧粒子發(fā)生裝置存在體積過大、效率低、產(chǎn)率難以提高等問題�；诟呒壯趸幚韷狠d水技術(shù)要求,依據(jù)大氣壓強(qiáng)電場放電規(guī)�；苽涓邼舛然钚匝趿Ｗ拥募夹g(shù)路線,開展了分區(qū)激勵式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列研究,結(jié)果表明：(1)利用大氣壓非對稱電極結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋放電,在高激勵電壓下可以產(chǎn)生微流注與微類輝光交替促成放電模式,微流注存在于激勵電壓的正半周期,微類輝光存在于激勵電壓的負(fù)半周期,微流注頭部動態(tài)強(qiáng)電場與微類輝光陰極位降區(qū)持續(xù)強(qiáng)電場在放電間隙內(nèi)的協(xié)同作用,增強(qiáng)了放電間隙內(nèi)局部強(qiáng)電場的時空分布,有利于提高活性氧粒子的產(chǎn)生效率；(2)通過應(yīng)用非對稱電極結(jié)構(gòu)與高電壓激勵,可以促使大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器工作在微流注與微類輝光交替促成放電模式,在時間和空間上強(qiáng)化了放電間隙內(nèi)的局部電場；通過對電極表面進(jìn)行預(yù)氧化處理,增加了反應(yīng)器電極表面抗氧化性,延長了反應(yīng)器電極壽命,提高了放電穩(wěn)定性。基于以上優(yōu)化,大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器制備活性氧粒子的最高濃度可達(dá)165 g/m3,最高產(chǎn)量達(dá)41.9g/h,單位放電面積產(chǎn)量達(dá)1130g/m2·h；(3)通過建立分區(qū)激勵方法,將系統(tǒng)諧振參量(變壓器漏感與反應(yīng)器等效電容)分散到由小型高頻高壓變壓器和大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器組成的分區(qū)激勵單元中,實現(xiàn)了在反應(yīng)器陣列規(guī)模尺度增加的同時,保證系統(tǒng)固有諧振頻率不變,放電系統(tǒng)仍然可以工作在原有較高的頻率,解決了大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列規(guī)模尺度放大效應(yīng)問題；(4)通過設(shè)計大功率逆變器與小型高頻高壓變壓器研制了大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列分區(qū)激勵電源。大功率逆變器主電路采用IGBT開關(guān)器件組成的全橋逆變電路,通過PWM控制策略對輸出功率和頻率進(jìn)行調(diào)控,輸出頻率范圍為5N11 kHz,最大輸出功率為20 kW,可同時驅(qū)動40臺大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器；小型高頻變壓器設(shè)計充分考慮了高頻高壓激勵的特點,使用頻率范圍為5-11kHz,最高輸出電壓為10kV；(5)基于分區(qū)激勵方法,利用大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器與小型高頻變壓器組成分區(qū)激勵單元,將24組分區(qū)激勵單元陣列并接于一臺大功率逆變器上,研制了分區(qū)激勵式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列。在實際工程應(yīng)用模式下,該反應(yīng)器陣列首次實現(xiàn)在8 kHz以上的工作頻率下運行,保證了活性氧粒子的規(guī)�；苽�,制得活性氧粒子濃度可達(dá)110.9 g/m3,產(chǎn)量可達(dá)443.6 g/h：同常規(guī)裝置相比,其體積大幅減小,工作頻率大幅提高(由1 kHz左右提升至8kHz以上),激勵電壓大幅降低(由10～30 kV降低至2～4 kV),為高級氧化壓載水處理系統(tǒng)的研制提供了核心技術(shù)裝置。
【關(guān)鍵詞】：介質(zhì)阻擋放電 流注放電 微類輝光放電 等離子體反應(yīng)器 高頻高壓電源
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U664.92
【目錄】：

• 創(chuàng)新點摘要5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 緒論13-42
• 1.1 研究背景13-20
• 1.1.1 船舶壓載水搭乘外來海洋生物的危害13
• 1.1.2 有關(guān)壓載水處理的立法公約與技術(shù)導(dǎo)則13-15
• 1.1.3 船舶壓載水處理方法15-17
• 1.1.4 基于大氣壓強(qiáng)電場放電的高級氧化技術(shù)處理壓載水方法17-20
• 1.2 大氣壓介質(zhì)阻擋放電研究進(jìn)展綜述20-40
• 1.2.1 大氣壓介質(zhì)阻擋放電20-22
• 1.2.2 大氣壓介質(zhì)阻擋放電模式22-29
• 1.2.3 大氣壓強(qiáng)電場放電及其對等離子體化學(xué)反應(yīng)的影響29-32
• 1.2.4 大氣壓介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢32-35
• 1.2.5 大氣壓介質(zhì)阻擋強(qiáng)電場放電反應(yīng)器構(gòu)成技術(shù)難點35-37
• 1.2.6 大氣壓介質(zhì)阻擋放電激勵技術(shù)37-40
• 1.3 主要研究內(nèi)容40-42
• 第2章 大氣壓微流注與微類輝光交替促成放電模式42-69
• 2.1 引言42
• 2.2 實驗裝置與診斷方法42-45
• 2.2.1 實驗裝置42-43
• 2.2.2 診斷與檢測方法43-45
• 2.3 微流注與微類輝光交替促成放電45-63
• 2.3.1 微流注放電現(xiàn)象45-46
• 2.3.2 微流注與微類輝光交替促成放電現(xiàn)象46-51
• 2.3.3 微流注與微類輝光交替促成放電模式形成機(jī)理51-56
• 2.3.4 微流注與微類輝光交替促成放電中的微流注特性56-60
• 2.3.5 微流注與微類輝光交替促成放電中的微類輝光特性60-63
• 2.4 微放電通道相互作用63-67
• 2.4.1 微放電通道相互作用64-67
• 2.4.2 三微放電通道相互作用67
• 2.5 本章小結(jié)67-69
• 第3章 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器優(yōu)化69-98
• 3.1 引言69
• 3.2 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器結(jié)構(gòu)69-74
• 3.2.1 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器結(jié)構(gòu)69-71
• 3.2.2 高性能Al_2O_3薄電介質(zhì)層71-72
• 3.2.3 電極的局部電場強(qiáng)化72-73
• 3.2.4 電極材料的抗氧化性能73-74
• 3.3 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器工作特性74-88
• 3.3.1 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器活性氧發(fā)生實驗74-75
• 3.3.2 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器電學(xué)特性變化75-78
• 3.3.3 強(qiáng)電場放電對接地電極表面的影響78-85
• 3.3.4 強(qiáng)電場放電對電介質(zhì)層表面的影響85-88
• 3.4 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器優(yōu)化途徑88-90
• 3.5 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器性能影響因素90-97
• 3.5.1 反應(yīng)器性能測試90-94
• 3.5.2 冷卻溫度對反應(yīng)器性能影響94-95
• 3.5.3 原料氣體含水量對反應(yīng)器性能影響95-96
• 3.5.4 放電通道長度對等離子體化學(xué)反應(yīng)的影響96-97
• 3.6 本章小結(jié)97-98
• 第4章 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列分區(qū)激勵技術(shù)98-118
• 4.1 引言98
• 4.2 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器等效電路及系統(tǒng)諧振特性分析98-107
• 4.2.1 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器模塊負(fù)載特性98-103
• 4.2.2 負(fù)載等效電路諧振特性分析103-107
• 4.3 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器組合工作特性107-108
• 4.4 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列尺度放大效應(yīng)與分區(qū)激勵調(diào)控方法108-111
• 4.5 放電系統(tǒng)參數(shù)對諧振頻率的影響111-117
• 4.5.1 變壓器漏感的影響112-114
• 4.5.2 反應(yīng)器等效電容的影響114-116
• 4.5.3 品質(zhì)因數(shù)的影響116-117
• 4.6 本章小結(jié)117-118
• 第5章 大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列分區(qū)激勵電源設(shè)計118-129
• 5.1 引言118
• 5.2 大功率逆變器設(shè)計118-124
• 5.2.1 大功率逆變器主電路設(shè)計118-120
• 5.2.2 大功率逆變器驅(qū)動電路設(shè)計120-123
• 5.2.3 大功率逆變器及其輸出特性123-124
• 5.3 小型高頻變壓器設(shè)計124-128
• 5.3.1 磁芯材料和結(jié)構(gòu)124-126
• 5.3.2 參數(shù)設(shè)計126-128
• 5.3.3 小型高頻變壓器及其輸出特性128
• 5.4 本章小結(jié)128-129
• 第6章 分區(qū)激勵式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列及效能129-146
• 6.1 引言129
• 6.2 分區(qū)激勵式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列的設(shè)計與組成129-131
• 6.3 分區(qū)激勵式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列測試方法131
• 6.4 分區(qū)激勵式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器工作頻率設(shè)定131-134
• 6.5 分區(qū)激勵單元對逆變器輸出的影響134-142
• 6.5.1 分區(qū)激勵式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列諧振參量失配134-136
• 6.5.2 諧振參量失配原因分析136-140
• 6.5.3 分區(qū)激勵式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列諧振參量優(yōu)化140-142
• 6.6 分區(qū)激勵式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列效能142-144
• 6.7 本章小結(jié)144-146
• 結(jié)論與展望146-148
• 結(jié)論146-147
• 展望147-148
• 參考文獻(xiàn)148-160
• 攻讀學(xué)位期間學(xué)術(shù)成果160-164
• 致謝164-166
• 作者簡介166

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2 梁文俊;豆寶娟;李堅;竹濤;李依麗;金毓\，

本文編號：738343