脉冲电晕放电中OH自由基的发射光谱研究

采用发射光谱法测量了在加湿的空气、氮气、氩气3种气体背景下脉冲电晕放电产生的OH自由基,通过对发射谱线的分析,研究了在3种背景条件下,脉冲峰值电压、脉冲频率等因素对OH自由基产生过程的影响,着重研究了气体湿度对OH自由基产生过程的影响以及OH自由基在放电电场中的分布特性。实验表明OH自由基的生成量随脉冲峰值电压和脉冲频率的增大而增大,而湿度变化对其影响则与放电背景环境有关,不同背景气体下其变化规律也不相同。空气中放电时产生的OH自由基数量随湿度的增大而增大,氮气中OH自由基的生成量随湿度增大呈先增大后减小趋势,而氩气中OH自由基数量随湿度的增大呈先减少后增大趋势。OH自由基在放电电场中的分布呈从针电极中心向四周逐渐减少趋势。     

脉冲电晕放电流光发展和OH自由基二维分布的发射光谱研究

流光在OH自由基的生成过程中起到重要作用。为了研究流光与OH自由基之间的关系,利用ICCD拍摄了线板式脉冲电晕放电反应器内流光的形成和发展过程,着重研究了在反应器几何结构固定的情况下,输入峰值电压对流光发展速度和流光在阴极板覆盖范围的影响。实验表明在反应器不击穿的情况下,输入峰值电压越大,越有利于流光的发展,因此生成的高能电子数量越多。此外我们还利用发射光谱法测量了脉冲电晕放电反应器内OH自由基的二维分布特性,并且与流光发展轨迹图对比。OH自由基在放电电场中的分布特性是以电极线为中心向四周扩散,浓度逐渐降低。这个结论和流光在脉冲电晕放电反应器内的发展轨迹图相吻合。     

空气电晕放电中的OH自由基发射光谱

测量了大气压下向空气中喷射不饱和水蒸气的电晕放电产生的OH自由基的发射光谱。通过对光谱线强度变化的分析,研究了电场强度、放电方式、水蒸气比例等因素对OH自由基产生过程的影响,及OH自由基浓度在放电反应空间的分布特点。     

线板式脉冲电晕放电反应器OH自由基二维分布的光谱学研究

脉冲电晕放电过程中OH自由基等活性基团的空间分布特性对燃煤烟气污染物的氧化脱除具有重要作用。为了探索脉冲电晕放电污染物控制技术的机理,采用激光诱导荧光法检测线板式反应器内部脉冲电晕放电过程中OH自由基的空间二维分布特性,主要研究了不同相对湿度和含氧量对OH自由基空间二维分布特性的影响。实验表明,脉冲电晕放电过程中OH自由基主要存在于线电极下方的区域中,并以线电极为中心面向板电极呈现扇形分布,并且其扇形分布区域的纵向长度和横向宽度的最大值均小于1 cm;相对湿度的增大有利于OH自由基的生成,促进OH自由基空间二维分布区域面积的扩大,当相对湿度为65%时OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值;当含氧量为2%时最有利于OH自由基的生成,并且OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值,当含氧量超过15%时对OH自由基的生成及其空间二维分布主要起抑制作用。同时,相对湿度和含氧量的增加均提高了激发态OH自由基中猝灭部分所占的比重,从而降低了OH自由基的荧光产率,其中含氧量对OH自由基荧光产率和OH自由基空间二维分布的影响作用大于相对湿度。     

利用发射光谱研究脉冲电晕放电中的自由基

利用发射光谱技术在大气压下测量了以氮气为载气的不饱和水蒸气体系针-板式正脉冲电晕放电产生的OH(A^2∑→X^2Ⅱ0—O)自由基和O(3p^5P→3s^5S^02777．4nm),Ha(3P→2S 656．3nm)活性原子的发射光谱,并由N2(C^3Ⅱu→B^3Ⅱg)的△v=-3和△v=-4振动带序发射光谱强度计算得出N2(C,v)的相对振动布居及其振动温度,进而采用高斯分布拟合准确地求出了N2(C^3Ⅱu→B^3Ⅱg)的△v= 1振动带序发射光谱强度,从而可以由N2(C^3Ⅱu→B^3Ⅱg)的△v= 1振动带序与OH(A^2∑→X^2Ⅱ0—0)的重叠发射光谱中准确求出OH(A^2∑→X^2Ⅱ0—0)自由基的发射光谱强度。由发射光谱强度得到了激发态OH(A^3∑)自由基和O(3p^5P),Ha(3P)活性原子的布居。还研究了激发态OH(A^2∑)自由基和O(3p^5P),Ha(3P)活性原子的布居随放电电压和放电频率的变化以及氧气对激发态OH(A^2∑)自由基和O(3p^5P),Ha(3P)活性原子布居的影响。     

纳秒脉冲电晕放电成像技术

阐述了脉冲电晕放电成像的物理过程,根据气体放电的流光理论,采用纳秒脉冲放电技术,获得了清晰的电晕放电的硬币成像图像,并展望其应用前景。     

多针对板负电晕放电激发态N原子发射光谱研究

在常压空气中,利用OES技术检测到负直流电晕放电等离子中激发态N原子发射光谱,并利用相对谱峰强度最大的674.5nm N原子激发跃迁谱线研究了相关空气参数和电参数对其相对密度的影响。结果表明,电离区内N原子相对密度随注入功率的升高呈增加趋势;随电极间距和相对湿度的增加,其相对密度逐渐减小;随N2流量增加,其相对密度呈先增加再减小趋势。在实验条件下,当针尖轴向距离r=1mm时,N原子相对密度出现最大值。     

喷嘴-平板直流电晕放电中的OH(A2Σ+→X2Π,0-0)光谱研究

为更深入地认识电晕放电低温等离子体中自由基的生成机理,以发射光谱测量为基础并结合背景气体淬灭率影响,研究了常压下喷嘴-平板电晕自由基簇射过程中放电参数、背景气体、电极气成分等因素对OH(A2Σ →X2Π,0-0)发光的影响。结果表明:在放电参数影响中,放电电压及放电电流都会影响OH生成量,OH发光随功率增加而大大增强;在加湿氮气直流电晕放电中有明显的OH(A2Σ →X2Π,0-0)光谱存在,但加湿空气条件下OH生成较少;载气增湿后OH生成量明显增多,而Ar和O2的存在分别增强和减弱了OH(A2Σ →X2Π,0-0)发光,可能的原因是这两种物质影响了放电和OH(A2Σ )的淬灭。     

发射光谱研究多针对板电晕放电O活性原子特性

利用发射光谱技术在大气压下测量了空气中多针对板负直流电晕放电和正电晕流光放电产生的O(3p5 P→3s 5 S02777.4nm)活性原子发射光谱。在负电晕放电中,研究了放电功率、电极间距、N2含量和相对湿度等因素对O活性原子产生过程的影响;在正电晕流光放电阶段,研究了O活性原子相对密度在放电反应空间的分布特点。结果表明:O活性原子产量随放电功率的增加而增大,随电极间距增大而减少,随相对湿度和氮气含量的增加,其产量先增大后减少;O活性原子相对密度沿针尖轴向呈先增大后减小的趋势。     

脉冲电晕放电电子能量及OH,O或O3对NO氧化的光谱学研究

采用发射光谱法测量了线板式脉冲电晕放电中激发态氮气分子N2*和离子N2+的光谱强度,并与数值计算获得的结果进行对比,确定放电电场的空间分布及平均电子能量。水平与竖直方向离开线电极0～2cm,随着距离的增加,平均电子能量和电场均呈先减后增的变化趋势;放电电场变化范围11.05～19.6MV.m-1,对应的平均电子能量的变化范围10.10～13.92eV。这一能量水平的电子足以与O2,H2O分子碰撞产生O,OH自由基,并进一步反应生成O3。在NO氧化过程中,NO可与OH自由基共存,但不能与O3共存;且O3或O氧化NO的效率高于OH自由基,推断O3或O在NO的氧化过程中起关键作用。     

Effect of air flow on corona discharge in wire-to-plate electrostatic precipitator

This paper analyses corona discharge in ambient air with laboratory-scaled wire-to-plate electrostatic precipitator (WPESP). The electric field is behind the electro hydrodynamic (EHD) flow in air. Its measurements provide complementary results for the corona discharge study because the classical theory based on the current and voltage data is unsatisfactory. Taking into account the dynamic air flow velocity is perpendicular to the active wires, measurement method of the positive and negative DC corona current density and electric field, has been introduced. It has been shown also that the dynamic air flow velocity modifies the current density and the electric field distributions on the planes surfaces of the WPESP.     

Characteristics of polymer velvet as field emitters under high-current pulsed discharge

In this paper we investigated the surface morphology and emission property of polymer velvet in a cathode test system powered by a ∼400 ns, ∼400 kV pulsed generator. After a series of pulse shots, the velvet surface exhibited an obvious decrease in the amount of emitters, namely, the smoothing of microprotrusions, indicating a lower field enhancement factor or a higher turn-on electric field than that for no shots. As the velvet cathode lifetime proceeded, the beam degradation was observed in terms of the voltage pulse length, maximum emission current, and rise time of diode current. Further, the average current density significantly decreased during a 100 pulse shot test, from 280 to 160 A/cm². The surface discharge caused many plasma spots on the velvet surface. The cathode plasma expands towards the anode, directly leading to the diode gap closure. The degradation in the velvet performance after high-current emission may be related to this behavior of cathode plasma. Finally, the electron emission mechanisms, how to affect the surface morphology of velvet, are presented.     

Characterization of the high—voltage pulsed discharge plasma of ammonia by emission spectroscopy

We have used optical emission spectroscopy to characterize the high-voltage pulsed discharge of ammonia.Ammonia was highly dissociated in the discharge at low pressures.More atomic nitrogen was generated as compared to the discharge of nitrogen gas at the same pressure of 0.8kPa.We discuss the elimination of the oxygen impurity in the ammonia discharge,and we estimate the time-dependent atomic excitation temperature and the electron density from the measured spectra.     

Diagnosis of OH radical by optical emission spectroscopy in a wire-plate bi-directional pulsed corona discharge

The emission spectrum of the molecule OH (A²Σ→X²Π, 0–0) during a high-voltage, bi-directional pulsed corona discharge consisting of a gas mixture of N₂ and H₂O in a wire-plate reactor has been successfully recorded under severe electromagnetic interference at atmospheric pressure. The relative vibrational populations and the vibrational temperature of N₂ (C, v′) have also been determined. Due to the difficulty of determining the exact overlapping spectral line shape function of the OH (A²Σ→X²Π, 0–0) and the Δv=+1 vibrational transition band of N₂ (C³Π_u→B³Π_g), a practicable Gaussian form is used for calculating the emission intensity of OH (A²Σ→X²Π, 0-0) and the Δv=+1 vibrational transition band of N₂ (C³Π_u→B³Π_g). The emission intensity of OH (A²Σ→X²Π, 0–0) has been evaluated with a satisfactory accuracy by subtracting the emission intensity of the Δv=+1 vibrational transition band of N₂ (C³Π_u→B³Π_g) from the overlapping spectra. The relative population of OH (A²Σ) has been obtained by the emission intensity of OH (A²Σ→X²Π, 0–0) and Einstein's transition probability. The influences of peak voltage, pulse repetition rate and O₂ flow rate on the relative population of OH (A²Σ) radicals have also been investigated. We found that the relative population of OH (A²Σ) rises with an increase in both the peak applied voltage and the pulse repetition rate. When oxygen is added to an N₂ and H₂O gas mixture, the relative population of OH (A²Σ) radicals decreases exponentially with an increase in added oxygen. The main physicochemical processes involved are also discussed in this paper.     

大气压直流正电晕放电暂态空间电荷分布仿真研究

本文提出了流体一化学动理学二维正电晕放电混合模型,该模型包含12种粒子间的27种化学反应,并且考虑光电离的影响．此外,在实验室内对该模型开展试验验证,单次脉冲波形及伏安特性曲线符合较好．基于上述模型,本文研究了在外施电压3kV时棒一板电极正电晕放电过程中的电场分布、电子温度分布、空间电荷分布的发展规律,并对电晕放电过程中粒子的成分进行了详细分析,讨论了电子、正负离子、中性粒子在放电过程中的生成规律及对电晕放电的影响．结果表明：在整个电晕放电过程中,电子温度分布和电场强度分布曲线相似,电子密度维持在10^19m-3左右,只发现带正电的等离子体特征．O4＋密度是放电过程中数量最多的正离子,O2＋和N2＋在二次电子发射过程中具有重要作用,O2-离子和O分别是负离子和中性粒子中数量最多的粒子,由于负离子和中性粒子在电晕放电过程中数量较小,因而起的作用相对较小．