兩相體介質(zhì)阻擋放電中放電形式的轉(zhuǎn)化.pdf

1、低溫等離子體技術(shù)因能量密度高、反應(yīng)效率高、能耗低而被廣泛應(yīng)用在污染治理中,如臭氧發(fā)生器、填充床反應(yīng)器降解NOx、SOx和VOC以及其他氣體。兩相體介質(zhì)阻擋放電(TPM-DBD)作為一種在大氣壓下產(chǎn)生低溫等離子體的重要方法,憑借其副產(chǎn)物少、可以選擇性地參與反應(yīng)等優(yōu)勢(shì)已成為眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn),本文著重研究TPM-DBD中放電形式轉(zhuǎn)化的影響機(jī)制。
　　實(shí)驗(yàn)主要以γ-Al2O3等作為填充介質(zhì)顆粒,借助連體的數(shù)碼相機(jī)與體視顯微鏡拍攝放電顯微

2、照片。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),TPM-DBD中存在四種放電形式。當(dāng)電壓較低時(shí),首先在顆粒與極板間發(fā)生剩余間隙放電;隨著電壓增加,沿著顆粒的表面發(fā)生表面放電;電壓繼續(xù)增加,在顆粒間的孔隙中發(fā)生孔隙放電;當(dāng)電壓足夠高時(shí),兩電極之間直接氣隙擊穿,發(fā)生典型的絲狀放電。這四種放電形式構(gòu)成了兩相體中全部區(qū)域的放電。
　　實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)影響孔隙放電的機(jī)制。當(dāng)顆粒間距L很大時(shí),每個(gè)顆粒的放電獨(dú)立發(fā)展。在外加電壓很高時(shí),在顆粒的遠(yuǎn)區(qū)發(fā)生典型的絲狀放電,顆粒的近區(qū)則為無

3、絲狀放電發(fā)生的放電“暗區(qū)”。用LM表征放電“暗區(qū)”的大小,即在距顆粒的LM范圍內(nèi)無絲狀放電。當(dāng)L不斷減小至較小時(shí),顆粒間不發(fā)生絲狀放電,孔隙放電強(qiáng)度不斷增強(qiáng),顆粒表面放電不斷削弱。特別當(dāng)L=0時(shí),顆粒孔隙內(nèi)只有一條豎直發(fā)展的明亮的孔隙放電通道,并在赤道面附近轉(zhuǎn)向兩側(cè)的顆粒。
　　實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)影響剩余間隙放電的機(jī)制。隨著電壓不斷升高,剩余間隙放電呈現(xiàn)出四種不同的形式:剩余間隙擊穿、“暗”放電、“準(zhǔn)暗”放電和全域擊穿。特別當(dāng)dr=0時(shí),形

4、成均勻放電的放電“暗區(qū)”,即“暗”放電。
　　電場(chǎng)分布的計(jì)算結(jié)果表明:dr引起剩余間隙內(nèi)氣隙場(chǎng)強(qiáng)的畸變,dr越小則場(chǎng)強(qiáng)畸變?cè)酱?同時(shí)由于氣隙長(zhǎng)度Lg限制電子崩/流注的發(fā)展,導(dǎo)致剩余間隙放電出現(xiàn)不同的放電形式;由于顆粒近區(qū)內(nèi)的赤道面氣隙場(chǎng)強(qiáng)極小,接觸極表面存在一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)極小處,這使得顆粒的近區(qū)(

5、越大則LM越小且趨于一個(gè)與粒徑有關(guān)的極值;當(dāng)L不斷減小,赤道面上的場(chǎng)強(qiáng)不斷減小且趨于極小值,顆粒兩極的氣隙場(chǎng)強(qiáng)增大且畸變主要發(fā)生在孔隙的中間區(qū)域,從而削弱表面放電、增強(qiáng)孔隙放電。
　　總之,在兩相體介質(zhì)阻擋放電中,可以通過控制固體顆粒的尺度(剩余間隙dr、顆粒間距L、粒徑D)、顆粒的介電特性、顆粒的表面特性等方式獲得不同的放電形式,如表面放電、絲狀放電(剩余間隙放電、孔隙放電、體積放電)。這為工業(yè)應(yīng)用中提高等離子體的反應(yīng)效率提供了