针-水结构纳秒脉冲气液放电降解四环素

过度使用抗生素导致的水污染,对自然环境和人类健康造成了重大威胁。低温等离子体作为一种绿色环保的高级氧化技术,被认为是一种最具前景的抗生素降解方法之一,然而在降解效率和能量效率方面还有待进一步提高。利用纳秒脉冲放电激励针-水结构气液放电,获得了一种能产生高活性等离子体的瞬态火花模式放电,并应用于水中四环素降解,研究了脉冲电压、频率、初始浓度、初始pH值等参数对四环素降解的影响,结果表明初始浓度50 mg/L,脉冲电压9 kV、频率2 kHz,初始pH值为中性的条件下四环素的降解率最高,处理时间10 min时降解率达到了91.6%,能量效率和每阶电能分别为0.165 g·kW^-1·h^-1和0.78 kW·h·m^-3。自由基淬灭实验表明羟基自由基(·OH)在四环素降解过程中起主要作用,而H₂O₂和O₃的作用稍弱。细胞毒性实验也表明气液放电处理10 min后的溶液毒性显著下降。     

NaCl溶液静态闪蒸前后液膜浓度变化的实验研究

论文设计搭建了静态闪蒸实验台,对NaCl溶液静态闪蒸平衡时刻闪蒸腔剩余液膜浓度变化进行了实验研究。实验中,液膜初始浓度为0~0.26,液膜初始厚度为0.1~0.4 m,过热度为2~43℃。结果表明:剩余液膜浓度的变化是蒸发和蒸汽携带二者共同作用的结果;剩余液膜浓度随过热度的增大而增加,当过热度相同时,随液膜初始浓度和液膜初始厚度的增加而提高。浓缩比随过热度的增加而提高,随液膜初始浓度的增加呈现先增加后减小的趋势。     

低温等离子体分解N2/O2/NO气氛中NO试验研究

利用自行设计的介质阻挡放电型低温等离子体反应器,研究了NO初始浓度、O₂初始浓度、放电功率、电源频率等因素对NTP转化N₂/O₂/NO气氛中NO的影响规律。研究发现,NO去除率随功率增大而升高,到达一最大值后随功率增大而降低;NO去除率随O₂初始浓度增加而降低,随NO初始浓度增大而减小。相同放电功率下,同一组分中NO去除率随电源频率的增加而降低,因此相同放电功率下降低电源频率可提高NO去除率。O₂初始浓度不高于5%时,NO_x大部分为NO,NO₂和O₃浓度均随放电功率增大而降低,NO₂、O₃生成量随O₂初始浓度升高而增多。     

基于生物光学模型的水体叶绿素浓度反演算法

文章提出了一种基于生物光学模型的二类水体叶绿素浓度反演算法.本算法根据生物光学模型,利用一系列已知各组分浓度的反射光谱计算各组分的吸收和后向散射系数,然后采用非负最小二乘法解得叶绿素浓度.研究是在实验室内进行了绿藻的培养,且在暗室内测定了具有不同叶绿素和非藻类悬浮物浓度的水体样本的反射光谱.并把实验室测得的反射光谱重采样到Landsat TM对应的波段以检验该算法在TM数据中的适用性,同时比较了利用不同TM波段组合反演叶绿素浓度和非藻类悬浮物浓度的精度.结果表明,对于绿藻而言,利用TM第二、三、四波段反射率数据的组合反演时的效果最好,叶绿素浓度反演结果的均方根误差为4.7 ug·L-1,其精度明显优于传统的回归分析算法.     

气液滑动弧等离子体降解高浓度有机废水的研究

采用气液滑动弧放电非平衡等离子体进行降解高浓度苯酚模拟废水(初始浓度为872 mg／L)的研究。实验研究表明:由于液滴的存在改变了电极间的介电常数和局部电场,气液滑动弧放电的电压波形比纯气流滑动弧放电更加不规则,起弧电压更低;采用氧气作为载气能提高苯酚的降解效果,最后TOC值为44 mg／L;增大气液混合比,相应的加强了废水的雾化效果,增大水气接触表面积,进而提高了苯酚的降解效果;在尾气中检测到CO2的存在,最高浓度达到35357 mg/m3。     

大气压空气针-水结构脉冲气-液放电特性研究

利用纳秒脉冲电源激励大气压空气中针-水结构气液放电,研究了不同脉冲参数下的放电特性、等离子体特性和活化水中活性粒子浓度的变化规律。结果表明,在一个脉冲周期内放电分为3个阶段,其中发生在脉冲持续时间内和下降沿的两次放电较强,上升沿的放电较弱。当脉冲电压增大时,放电电流、平均功率、发光强度和发射光谱强度均逐渐增大;当频率增大时,放电电流几乎不变,但是功率显著增大,放电发光强度和发射光谱强度均增大。电压上升沿时间的增大则会减弱放电强度,相应的放电发光强度和发射光谱强度均减弱。而电压下降沿的增大则会增强放电,发光强度和发射光谱强度增大。当脉冲电压、频率和下降沿时间增大,H2O2,${\rm{NO}}_2^ - $和${\rm{NO}}_3^ - $浓度逐渐增大;而电压上升沿时间增大会导致3种活性粒子浓度逐渐降低。     

气液两相滑动弧放电中自由基的光谱研究

气液两相滑动弧放电是近年来出现的一种新型低温等离子体废水处理技术,对高浓度有机废水具有很好的降解效果。为了认识气液两相滑动弧放电降解有机废水的机理,用发射光谱法对气液两相滑动弧在空气中放电所产生的主要自由基进行了实验研究,分析了自由基持续再生的化学过程。通过对光谱线强度变化的分析,得到了OH和NO自由基谱线强度在放电反应空间的分布特点,以及输入电压和液相(水)流量因素对OH和NO自由基产生过程的影响。结果表明：OH是气液两相滑动弧放电的主导自由基;OH和NO自由基谱线强度沿着电极中轴均先增后减;在非平衡区域,自由基谱线强度随着输入电压的增大而增大;OH自由基谱线强度随水流量的增大而增大,NO自由基谱线强度则随着水流量的增大而减小。     

脉冲激光-铜靶等离子体产生及其演化过程的瞬态光谱研究

应用时间分辨光谱技术, 研究了高能量纳秒脉冲激光作用下铜靶表面等离子体产生及演化的物理过程. 实验中相互作用区固-气-液三相对激光能量的吸收明显地反映于激光反射强度随时间的演化中, 使得靶表面物质形态的改变导致激光反射强度随时间呈双峰分布.同时, 随着激光峰值功率密度的增加, 靶面等离子体(气)-固-液相变发生的时间相应提前.因此, 这些瞬态性质是诊断激光-固体靶相互作用中靶面物质相变时间的有效方法.     

非平衡等离子体水处理器的优化设计及性能评价

在正交实验和单因素实验的基础上,对非平衡等离子体水处理反应器的整体结构进行了优化设计,并对优化后反应器的性能进行了定性评价。正交实验结果表明,影响降解效率的因素为气高、液高和气体流量。针高度为4mm、电极间距为17mm、气体流量为96L·h^-1时甲基橙的降解效果最佳。用40目不锈钢网作地电极,采用正脉冲放电能提高降解效率,预处理溶液中放置不锈钢阻挡网有助于提高臭氧的利用率。降解效率和COD去除率随溶液初始浓度的增加而降低,但相同时间内有机污染物的绝对去除量增加,重复实验表明实验误差小于3.5%。     

甲醇-空气和甲醇-空气-稀释气预混层流燃烧特性

本文利用定容燃烧弹研究了不同初始压力、初始温度、气体稀释度和燃空当量比下甲醇-空气-稀释气预混层流燃烧特性.结果表明:对于给定初始压力和温度,甲醇-空气预混合气的质量燃烧率、燃烧压力和温度的最大值均出现在当量比1.左右,而火焰发展期和燃烧期在此当量比下最短.火焰发展期、燃烧期和燃烧压力峰值随初始温度的增加而减小,最高燃烧温度随初始温度的增加而增加,燃烧压力峰值和最高燃烧温度随初始压力的增加而增加.火焰发展期和燃烧期随稀释度的增加而增加,而燃烧压力峰值和最高燃烧温度随稀释度的增加而降低.     

液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性

传质引发的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流(RBM对流)对化工传递过程有着显著影响.但是,已有的相关研究多集中于气-液体系,并且有限的针对液-液体系的相关研究尚缺乏对RBM对流演化及其引发的界面扰动行为的深入分析.因此,本文基于阴影法设计搭建了竖直狭缝内液-液两相液层间传质过程的RBM对流特性可视化实验平台,并实验观测了水-甲苯-丙酮三元体系中丙酮组分扩散传质时出现的RBM对流结构以及其向下层水相主体的发展演变过程,探讨了水相丙酮初始浓度、甲苯相丙酮初始浓度以及甲苯层厚度对RBM对流特性和液-液界面形貌的影响.研究表明:在Rayleigh-Taylor不稳定性作用下,水相上层密度(重力)分层"界面"下凸沉降形成波浪形丘状"界面",并随着"界面"处密度与压力失调的加剧而演变成羽状流;因羽流区"界面"不同浓度梯度引起的传质特性差异,羽状流又可以演变成弱羽状流和强羽状流两种形态;当丙酮浓度梯度增大到一定程度后,近界面处短时间内产生大量RBM对流结构,且结构间相互影响增强而聚并成对流团,并随着传质过程的进行,逐渐演变成独立的强羽状流; RBM对流强度与上下液层丙酮浓度梯度大小呈正相关关系,且液-液界面粗糙度及其非稳态波动随着丙酮浓度梯度的增加而增大.     

CR超导二极铁导线的3D有限元失超模拟

利用FEM软件ANSYS对德国GSI的FAIR项目的超导二极铁的超导线进行了失超模拟.该模拟形象地给出导线的失超过程,通过APDL编程可以得到失超传播速度,失超时导体的端电压随时间的变化.文章还进一步研究了导线的最小失超传播区域MPZ,失超段初始温度和电流对失超传播速度的影响.     

CR超导二极铁导线的3D有限元失超模拟

利用FEM软件ANSYS对德国GSI的FAIR项目的超导二极铁的超导线进行了失超模拟. 该模拟形象地给出导线的失超过程, 通过APDL编程可以得到失超传播速度, 失超时导体的端电压随时间的变化. 文章还进一步研究了导线的最小失超传播区域MPZ, 失超段初始温度和电流对失超传播速度的影响.     

聚乙烯薄膜中空间电荷短路放电复合率的发光法研究

通过对在直流高压作用下低密度聚乙烯薄膜中注入的空间电荷的短路放电发光测量,研究了聚乙烯薄膜中空间电荷的复合率.通过短路放电光子数的测量及定量分析考察了电压极性、场强大小及加压时间对短路下电荷复合率的影响.结果表明发光强度（复合率）随外加场强的变化明显,而与加压时间的关系不显著.但场强高于80 MV/m时发光强度（复合率）的增大速度变慢.结合本实验结果及他人的相关数据,得出了聚乙烯薄膜样品的发光效率约为5.9×10^-6,短路初始阶段的0.2 s内样品的电荷复合率约为2.8%. 关键词： 空间电荷 短路放电 复合发光 复合率     

活性剂浓度分布对液膜排液过程的影响

针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,考虑分离压和表面黏度的作用,应用润滑理论建立液膜厚度、活性剂浓度和表面速度的控制方程组,分析初始活性剂浓度及梯度对排液过程的影响.结果表明：当液膜表面不含活性剂时,其排液历程很短,很快发生破断.当液膜表面添加活性剂时,可以延长液膜存续时间.而当液膜表面活性剂浓度较低时,其诱发的Marangoni效应不足以克服重力的排液作用,其形成的"黑膜"不能稳定存在.随活性剂浓度增大,液膜表面流动速度减小,液膜表面更加"坚固",所形成的"黑膜"非常稳定.当考虑初始活性剂浓度梯度时,其影响主要体现在减缓排液初期的表面速度.     

生物膜滴滤塔的废气净化效率

本文在生物膜滴滤塔废气净化的毛细管模型基础上,研究了气、液两相流量、填料的比表面积、孔隙率、生物膜覆盖率和甲苯进口浓度等参数对生物滴滤塔净化效率的影响。计算结果表明:随着气、液流量的增加,降解效率降低;当孔隙率一定,随着填料的比表面积增大,降解效率升高;当填料比表面积一定时,存在一个对应于最大净化效率的最佳孔隙率;生物膜覆盖率越大,净化效率也越高;随着甲苯进口浓度升高,净化效率降低;填料床越高,净化效率越高。     

液体电极上辉光放电丝的运动特性研究

大气压液体电极放电在生物医疗、化学降解、环境保护等众多方面具有广泛的应用前景,引起了研究者的关注.本文利用直流电压激励棒-水电极装置,在6 mm气隙间产生了大气压辉光放电.研究发现,随着电流的增大,放电由锥状转变成柱状,且此过程中水面上放电环的直径先增大后减小.利用高速照相机对放电进行研究,发现锥状放电是由单个放电丝旋转形成的.通过测量放电的伏安特性,表明放电处于正常辉光机理.利用光谱学方法,研究了不同电流下的振动温度、转动温度和谱线强度比I_(391.4)/I_(337.1),发现它们均随电流的增加而增大.根据气体放电理论,分析和解释了放电丝的运动机理,并对水面上放电环直径随电流的变化关系进行了解释.这些结果对于大气压液体电极放电的理论研究和实际应用均具有一定参考价值.     

不同电离度下大气等离子体粒子行为的数值模拟

利用一个空间零维大气等离子体模型对其中的主要粒子在不同电离度情况下的变化规律进行了研究.得到放电后不同初始电子密度下的电子寿命,同时给出了主要带电粒子和中性粒子密度随时间的演化.结果表明,电子密度随时间快速衰减,电子寿命随电离度的增大而减小.对一些重要的中性粒子(如O,N,O₃和NO)随电离度增大的行为进行了分析. 关键词： 电离度 大气等离子体 数值模拟     

枝晶生长和气泡形成的数值模拟

本文建立了二维的格子玻尔兹曼方法-元胞自动机(lattice Boltzmann method-cellular automaton, LBM-CA)耦合模型, 对凝固过程中枝晶生长和气泡形成进行模拟研究. 本模型采用CA方法模拟枝晶的生长, 根据界面溶质平衡法计算枝晶生长的驱动力. 采用基于Shan-Chen多相流的LBM模拟气泡在液相中的生长和运动. 在LBM-CA的耦合模型中包含了固-液-气三相之间的相互作用. 应用Laplace定理和模拟气-液-固三相之间的润湿现象对模型进行了验证. 应用所建立的LBM-CA耦合模型模拟研究了气-液相互作用系数对单气泡生长的影响. 发现单气泡的生长速度和平衡半径随气-液相互作用系数的增大而增大. 定向凝固过程中枝晶和气泡生长的模拟结果再现了枝晶的择优生长、 气泡的优先形核位置、气泡的长大、合并、在枝晶间受挤变形以及在液相通道中的运动等物理现象, 与实验结果符合良好. 此外, 初始气体含量越高, 凝固结束时气泡的体积分数也相对较高. 本模型的模拟结果可以揭示在凝固过程中气泡形核、 生长和运动演化以及与枝晶生长相互作用的物理机理.     

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在自行设计与建造的液态锂铅合金鼓泡器实验系统上,开展了气-液接触法提取液态锂铅合金中的氢。实验结果表明,氦气比氩气更适合作填料塔的载带气;塔温越高,塔出口端氢含量越大;载气流速对出口端氢含量的影响呈锯齿状,无明显规律。实验结果虽然与文献数据有差别,但可以认为采用气-液接触法提取液态锂铅中的氢同位素是可行的,提取效率是随液态锂铅在填料塔中滞留的时间增长而增大的。