高壓脈沖電場(chǎng)（Pulsed Electric Field,PEF）處理技術(shù)是目前較熱門(mén)的一種冷滅菌技術(shù),可作為傳統(tǒng)熱力液體滅菌的替代方法。通過(guò)在高壓電極上接入高壓脈沖,在處理室內(nèi)產(chǎn)生高壓脈沖電場(chǎng)并作用于微生物,在強(qiáng)脈沖電場(chǎng)的作用下使微生物細(xì)胞發(fā)生不可逆穿孔導(dǎo)致細(xì)胞失活。但當(dāng)采用傳統(tǒng)的PEF殺菌系統(tǒng)時(shí),發(fā)生不良電化學(xué)反應(yīng)是不可避免的,產(chǎn)生有毒的金屬離子和氣態(tài)氣泡。本文研究了高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)釀酒酵母殺菌的效果及對(duì)電極金屬離子釋出的影響。本研究工作如下:（1）分別自制兩個(gè)具有相同幾何結(jié)構(gòu)以及處理空間的流動(dòng)連續(xù)型和靜止間歇型的同軸PEF處理室,并采用自主搭建的指數(shù)衰減波高壓脈沖發(fā)生器進(jìn)行不同電氣參數(shù)（脈沖數(shù)N、電場(chǎng)強(qiáng)度E）條件下釀酒酵母的滅菌對(duì)比實(shí)驗(yàn)。（2）進(jìn)行靜止同軸處理室PEF過(guò)程中不同電氣參數(shù)（脈沖數(shù)N、電場(chǎng)強(qiáng)度E和總能比輸入W_T）對(duì)不銹鋼（304型）電極中金屬離子釋出的影響實(shí)驗(yàn)。得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:（1）PEF處理室的滅菌效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:流動(dòng)型和靜止型PEF處理室的滅菌效率均與電場(chǎng)強(qiáng)度和脈沖個(gè)數(shù)成正相關(guān);但在相同處理?xiàng)l件下,靜止間歇型處理室的滅菌效率優(yōu)于流動(dòng)連續(xù)型處... 

【文章來(lái)源】：廣西大學(xué)廣西壯族自治區(qū) 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

指數(shù)脈沖發(fā)生器的仿真電路圖

廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文脈沖電場(chǎng)處理過(guò)程中電極金屬離子釋出的研究17其電感也很小，但其最大缺點(diǎn)是電極間的介質(zhì)是一次性的，因此只能產(chǎn)生單個(gè)脈沖。因此，本研究中采用自擊穿火花隙開(kāi)關(guān)，其關(guān)斷原理是當(dāng)開(kāi)關(guān)兩電極電壓大或等于電極間隙的擊穿電壓時(shí)，電極間發(fā)生霎時(shí)電弧擊穿導(dǎo)通，造成兩電極霎時(shí)的導(dǎo)通和關(guān)斷。自擊穿火花隙開(kāi)關(guān)不僅放電電壓可調(diào)，而且頻率可通過(guò)調(diào)節(jié)充電電流大小來(lái)控制，具有耐高電壓和大電流，重復(fù)頻率高等特點(diǎn)，在產(chǎn)生簡(jiǎn)單、可靠的脈沖波形應(yīng)用廣泛。3.2.3高壓脈沖直流電源高壓直流電源選用大連泰思曼科技有限公司的TRC2020系列高壓直流電源，安裝有數(shù)字電壓和電流數(shù)碼管LED顯示，配有過(guò)壓和輸出短路保護(hù)功能。該電源采用市電220V供電，輸出最高電壓為50kV，輸出最高電流為1mA，功率為50W。該電源面板自帶的多圈電位器可將輸出電壓設(shè)置在0V到最高電壓之間，電源自帶的多圈電位器可將電流設(shè)置在0A到最高電流,可實(shí)現(xiàn)高壓輸出的線(xiàn)性平穩(wěn)上升。綜上研究分析，目前實(shí)驗(yàn)室階段搭建了一個(gè)利用自擊穿火花隙開(kāi)關(guān)的負(fù)極性單指數(shù)脈沖發(fā)生器。由于高壓脈沖發(fā)生器的設(shè)備，不僅價(jià)格昂貴，而且輸出的是短時(shí)高電壓大電流，在搭建和調(diào)試過(guò)程中具備一定的危險(xiǎn)性。隨著各類(lèi)計(jì)算機(jī)仿真軟件的不斷豐富，因此為了保證自主搭建的指數(shù)脈沖發(fā)生器的成功性以及人身安全性的前提下，在實(shí)際搭建前對(duì)自主搭建的指數(shù)脈沖發(fā)生器進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真模擬。該脈沖發(fā)生器的仿真電路圖與電容電壓波形圖如圖3-6、圖3-7所示。圖3-6指數(shù)脈沖發(fā)生器的仿真電路圖Fig.3-6Simulationcircuitdiagramofexponentialpulsegenerator圖3-7電容電壓仿真波形圖Fig.3-7Waveformofcapacitorvoltagesimulation

廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文脈沖電場(chǎng)處理過(guò)程中電極金屬離子釋出的研究18該仿真結(jié)果表明該電路是可行的，并在實(shí)驗(yàn)室搭建了實(shí)際脈沖裝置，裝置圖如圖3-8所示。圖3-8指數(shù)脈沖發(fā)生器實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.3-8Experimentaldeviceofexponentialpulsegenerator該P(yáng)EF高壓脈沖發(fā)生器的輸出電壓和脈沖頻率均可調(diào)，其中輸出電壓即為火花隙開(kāi)關(guān)的擊穿電壓，通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)的電極間距可實(shí)現(xiàn)0～25kV的輸出電壓；而通過(guò)調(diào)節(jié)直流電源的輸出電流可以控制電容充電的快慢，從而實(shí)現(xiàn)范圍在0.5～2pps（pulsepersecond,pps）之間的脈沖頻率。有效脈沖寬度取決于PEF處理室的等效阻抗和充電電容容值，計(jì)算公式用式（3-1）計(jì)算：τ=ReqC（3-1）其中，Req為處理室的等效阻抗，C為充電電容容值。3.3高壓脈沖電場(chǎng)處理室在高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，處理室的設(shè)計(jì)也是關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)之一。PEF處理室的一般用途是存放待處理的液體懸浮液，并向懸浮液輸送高壓脈沖。在某些情況下，PEF處理室的設(shè)計(jì)也配備冷卻系統(tǒng)，以保持一個(gè)相對(duì)較低的溫度�；旧�，PEF處理室由絕緣材料和固定的兩個(gè)電極組成，形成包含液體懸浮液的處理區(qū)域。目前，處理室的結(jié)構(gòu)主要有三種形式在：平板式、同軸式和共場(chǎng)式，其結(jié)構(gòu)圖分別如圖3-9、3-10、3-11所示，并且處理室處理方式從靜止間歇式處理室發(fā)展出流動(dòng)連續(xù)式處理室。靜態(tài)處理室處理體積小，主要適用于實(shí)驗(yàn)室研究相關(guān)因素對(duì)PEF處理過(guò)程的影響，而連續(xù)處理室對(duì)于大規(guī)模的脈沖電場(chǎng)處理技術(shù)應(yīng)用更具潛力。本研究先利用COMSOLMultiphysics多物理場(chǎng)仿真軟件對(duì)平板型、同軸型和共場(chǎng)型三種類(lèi)型的處理室進(jìn)行多物理場(chǎng)耦合仿真模型。比較各處理室內(nèi)的電場(chǎng)與流場(chǎng)分布性以及等效電阻大小，綜合分析比較各參數(shù)在不同類(lèi)型處理室的優(yōu)勢(shì)水平，以便搭建更為合


本文編號(hào)：3108739