交流和纳秒脉冲Ar/H2O介质阻挡放电聚丙烯材料表面亲水改性对比研究

为了提高等离子体对聚合物材料表面处理的应用效果,优化亲水处理的条件,研究了交流和纳秒脉冲氩气介质阻挡放电（DBD）中添加适量H₂O,对聚丙烯（PP）亲水改性的处理效果。利用电学和光学诊断方法,系统地对比了交流DBD和纳秒脉冲DBD的放电特性,结果表明,纳秒电源驱动DBD具有更高的放电瞬时功率,更好的放电均匀性和更高的能量效率。通过测量不同水蒸气含量下DBD的OH发射光谱强度,确定了PP材料亲水性处理中H₂O添加的最优含量。利用交流和纳秒脉冲电源驱动DBD分别对PP材料进行亲水改性的处理,测量了不同条件下改性处理后的表面水接触角,并利用原子力显微镜（AFM）和傅里叶红外光谱（FTIR）分别对处理前后PP材料的表面物理形貌和表面化学成分进行分析。结果发现,经DBD处理后PP材料的水接触角明显降低,表面粗糙度明显增大,表面的亲水性含氧基团,羟基（?OH）和羰基（C=O）的数量大幅增加。相比交流电源,纳秒脉冲DBD处理的改性效果更好,其处理后的材料表面水接触角,比交流DBD处理的低5°左右,表面粗糙度也有所提升。而水蒸气的加入可使PP材料的表面水接触角进一步减小4°左右,表面粗糙度明显提升。研究结果为优化DBD聚合物材料表面改性实验条件及处理的效果提供了重要的参考依据。     

基于飞秒激光引导高压放电的SF6分解物原位检测

气体绝缘开关设备(GIS)绝缘缺陷引发的放电会导致SF₆分解,分解产生的低氟硫化物与设备内的微量H₂O和O₂反应生成具有腐蚀性的物质,影响设备正常运行,因此,研究SF₆分解机理对GIS的安全运行具有重要意义。由于部分分解物在采样过程中发生转化,因此,实现SF₆分解物的原位检测对于研究SF₆分解机理是十分必要的。采用飞秒激光引导高压放电实现了高压放电空间和时间的精确控制,并利用飞秒激光引导高压放电产生的空间分辨光谱实现了SF₆分解物的原位测量。首先研究证明了飞秒激光不会引起SF₆的分解;其次,利用飞秒激光产生的等离子体通道实现了放电空间和时间的精确控制;最后,发现分解物中包含由于高能电子碰撞直接或间接产生的大量S和F的离子和原子。研究证明了基于飞秒激光引导高压放电可以实现SF₆分解物的原位检测,为开展高压放电下SF₆分解机理研究提供了一种新的研究手段。     

HL-2M 装置初始等离子体放电阶段的直流辉光放电清洗系统研制

基于 HL-2M 托卡马克初始等离子体放电的工程需求,设计并研制了直流辉光放电清洗系统,包括电 极、馈线、电源、控制以及监测等关键部件和辅助子系统。研制完成后开展了系统装配和工程调试,并投入到首 次等离子体放电。实验结果表明,该直流辉光放电系统运行稳定、可靠,且此辉光放电清洗显著降低了真空室本 底杂质浓度,能满足 HL-2M 装置初始等离子体放电的壁条件需求。     

HL-2M 装置运行控制技术初步研究

重点介绍了 HL-2M 装置的运行技术和初步的等离子体控制实验结果,包括等离子体放电方案设计、 线圈电流控制、击穿阶段零场匹配和等离子体电流以及位移的控制。为了降低放电运行风险,HL-2M 装置初始放 电采用了简化的放电方案,通过整定 PID 参数实现了线圈电流控制,在击穿阶段获得了 10V 以上的环电压和较大 范围的零场区域,成功实现等离子体击穿。最后,投入了等离子体电流和水平位移反馈控制算法,成功将等离子 体放电脉宽提升至 200ms 以上,且维持 I_p≥100kA 的时间超过了 100ms,上述结果表明 HL-2M 装置运行控制技术 得到了初步的检验。      

纳秒脉冲放电紫外光纤阵列检测与定位方法

峰化电容作为电磁脉冲模拟器中用于陡化脉冲输出的关键部件,在实际工程应用中易发生沿面放电和击穿现象,采用光电检测系统可对绝缘沿面放电现象进行有效分析。针对峰化电容器沿面放电监测的技术难题,研制了一套绝缘沿面放电过程光电检测系统,对绝缘沿面放电现象进行光电检测。首先提出了绝缘介质沿面放电过程光电探测系统的设计方案;其次,对系统的时延性能进行了评价;最后,完成了绝缘介质沿面放电过程定位实验,验证了光电探测系统的可行性。实验表明,该系统能够实现对放电区域的有效定位。     

不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟

从岩石细观非均匀性的特点出发，提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。在这个数值模型中，单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化，以体现材料的随机不均质性，材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流，损伤耦合迭代来实现。算例表明，该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下，微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响，非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同，裂纹扩展路径不规则发展，模拟结果和实验结果较为一致。     

研究岩石破裂等弱化行为的力－位移组合控制方法

本文介绍了一种用力和位移的线性组合控制岩石试验的新方法。该方法已在一台自制的伺服实验系统上和一台MTS实验系统上得到了实现。用这种方法能够简便地求出通常难以求出的具有Ⅱ类特性岩石的全应力-应变曲线,而且能够变化出如广义应力松驰等其它实验类型,从而能够对时间依赖性进行深入的研究。由于其易于采用的特点,它在研究岩石破裂乃至摩擦等弱化过程方面有着广泛的应用前景。     

Conversion of natural gas to C2 hydrocarbons via cold plasma technology

The plasma technology served as a tool in unconventional catalysis has been used in natural gas conversion, because the traditional catalytic methane oxidative coupling reaction must be performed at high temperature on account of the stability of methane molecule. The focus of this research is to develop a process of converting methane to C2 hydrocarbons with non-equilibrium plasma technology at room temperature and atmospheric pressure. It was found that methane conversion increased and the selectivity of C2 hydrocarbons decreased with the voltage. The optimum input voltage range was 40-80 V corresponding to high yield of C2 hydrocarbons. Methane conversion decreased and the selectivity of C2 hydrocarbons increased with the inlet flow rate of methane. The proper methane flow rate was 20-40 ml/min (corresponding residence time 10-20 s). The experimental results show that methane conversion was 47% and the selectivity of C2 hydrocarbons was 40% under the proper condition using atmospheric DBD cold plasma technology. It was found that the breakdown voltage of methane VB was determined by the type of electrode and the discharge gap width in this glow discharge reactor. The breakdown voltage of methane VB,min derived from the Paschen law equation was established.     

介质阻挡放电与 CuZSM-5 结合方式对脱除 NOx 的影响

 研究了介质阻挡放电 (DBD) 与 CuZSM-5 结合方式, 即 DBD 和 CuZSM-5 两段分置 (两段法) 或将 CuZSM-5 放入 DBD 区 (一段法), 对脱除氮氧化物的影响. 结果表明, 在 NO/N2 或 NO/C2H4/N2 无氧体系中, DBD 与 CuZSM-5 结合产生的协同效应很小; 在 NO/O2/N2 富氧体系中, DBD 与 CuZSM-5 结合导致氮氧化物转化率下降; 而在 NO/C2H4/O2 /N2 富氧体系中, 在 250 ºC, 空速 12 000 h1, 输入放电能量密度 (Ein) 155 J/L 的条件下, 单纯催化、单纯等离子体放电、一段法和两段法时氮氧化物转化率分别为 39%, 1.5%, 79% 和 52%. 两段法产生了中等程度的协同效应, 主要是第一段等离子体放电产生新稳态物种 (如 NO2, CO 和 CO2 等) 起作用; 而一段法产生的协同效应较大, 主要是由于等离子体放电产生的新稳态物种和激发态短寿命物种 (如 N2*, NO*, CH 和 CN 等) 共同起作用.     

放电脉冲重频准分子激光器在不同应用领域的发展现状(英文)

研究了脉冲宽度为25～40 ns的放电脉冲XeCl准分子激光器的工作参数。结果显示,激光器产生的脉冲能量为0.2～0.7 J,重复频率为100 Hz,表明在泵浦功率为2.8～3.3 MW/cm3时,激光器实现了2.6%的激光效率和3.8%的本征效率。