發(fā)布時(shí)間：2020-04-19 22:28

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國面臨的環(huán)境問題日益嚴(yán)重,其中水資源短缺和霧霾天氣頻發(fā)尤為突出。帶電粒子催化人工降雨和除霾技術(shù)是解決這些問題的重要手段,而在大范圍空間產(chǎn)生高濃度等離子體是這些技術(shù)能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。電暈放電是在大范圍空間產(chǎn)生高濃度等離子體重要方法,其裝置簡單,成本低廉,最適合用于帶電粒子催化人工降雨和除霾這類應(yīng)用。在這些應(yīng)用中,等離子體濃度決定著水汽凝并效率和塵埃顆粒去除效率,如何提高電暈放電等離子體的濃度是決定其應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素。因此,改進(jìn)電暈放電裝置結(jié)構(gòu),提高其放電功率密度和等離子體濃度,對于電暈放電等離子體在帶電粒子催化人工降雨和清除大氣懸浮物中的應(yīng)用具有重要意義。本文建立了基于流體-化學(xué)模型的電暈放電仿真模型,分析與對比了不同電極結(jié)構(gòu)的放電效率,基于分析結(jié)果完成了電暈放電裝的優(yōu)化設(shè)計(jì),并開展了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。首先,本文建立了描述電暈放電空間粒子演化過程的流體-化學(xué)模型,并基于兩項(xiàng)近似法求解了玻爾茲曼方程,得到了電子能量分布函數(shù)(Electron Energy Distribution Function,EEDF),進(jìn)而得到了模型求解所需的一系列電子輸運(yùn)參數(shù);通過分析電子能量分布函數(shù)與電子平均能量的關(guān)系、電子平均能量與約化電場的關(guān)系,對電暈放電的放電機(jī)理進(jìn)行了微觀層面上的探究。其次,基于建立的流體-化學(xué)模型,本文對常溫常壓下的線-板、棒-板、片-板結(jié)構(gòu)的電暈放電進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過比較三種結(jié)構(gòu)的電子溫度、電勢和電場分布、電子密度和正負(fù)離子分布(N_2~+、O_2~-),以及三種電極結(jié)構(gòu)帶電粒子產(chǎn)生效率,對電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了選型。仿真模擬結(jié)果表明,線-板電極放電屬于平穩(wěn)、放電強(qiáng)度較弱的湯森性質(zhì)的放電,而棒-板電極和片-板電極屬于激烈的流注性質(zhì)的放電,這意味著棒-板和片-板的放電強(qiáng)度要高于線-板放電,能產(chǎn)生更多的帶電粒子。通過詳細(xì)對比片-板電極和棒-板電極的各項(xiàng)放電參數(shù),得出了片-板電極放電強(qiáng)度高于棒-板的結(jié)論。最后,本文開展了片-板電極相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究,研究了片-板電極的放電伏安特性及放電發(fā)展過程。同時(shí),本文還設(shè)計(jì)了一種基于片-板電極的新型直流電暈放電裝置,并利用該裝置開展了空氣懸浮顆粒清除實(shí)驗(yàn),研究了新型電暈放電裝置的放電特性,以及電壓等級、電壓極性和氣流速度對裝置清除效率的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)電壓等級對裝置的清除效果具有顯著影響,其次為電壓極性,而氣流速度的影響相對較弱。
【圖文】：

（c）片電極附近的網(wǎng)格剖分圖 3-2 網(wǎng)格剖分圖電極、棒電極、片電極附近的網(wǎng)格均具全部網(wǎng)格的平均單元質(zhì)量為 0.911，，最；在棒-板式電極模型中，全部網(wǎng)格的平，最大單元質(zhì)量為 0.9845；在片-板式電，最小單元質(zhì)量為 0.4873，最大單元質(zhì)、準(zhǔn)確求解的需求。暈放電數(shù)值模擬研究空演化過程，電子溫度是一項(xiàng)非常重要

（a）二維電子溫度分布 圖 3-3 線-板電極從圖中可以看出，電暈放電只在線電極形成了穩(wěn)定的電暈放電。電子溫度的最大是電勢梯度即電場最大的位置，這可以解最主要的途徑，電場最大位置出現(xiàn)在陰極表所以電極表面的電子溫度也最高[60]。在 0并在 1mm 出電子溫度降至 1.022eV，在 1變，其值約為 0.84eV。電子溫度的這種分主要來源，對于線-板電極而言，電場最大值電場將急劇降低，當(dāng)距離達(dá)到一定程度時(shí)附近電子獲得的能量高，溫度高，而在遠(yuǎn)離降低，電子溫度的變化趨勢與圖 3-4 所示的
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X513;O461.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2633807