不同间隙条件下同轴型介质阻挡放电的模拟与实验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)电站设备状态监测与控制教育部重点实验室 作者:汪涛

  主要目的是为了研究气体间隙大小对介质阻挡放电脱除NO 的影响。通过改变间隙大小, 对反应器内静电场进行计算, 用玻尔兹曼方程对反应器内的电子分布函数进行分析, 并实验研究了间隙大小对NO 脱除的影响。计算结果显示, 随着气体间隙的减小, 电场强度增大, 导致折合场强增大, 折合场强为200 Td 时离解速率和电子平均动能较100 Td 时分别增加了116 倍和2.2 倍。实验结果表明, 随着气体间隙减小, NO 脱除效率升高。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为对低温等离子体脱除氮氧化物的实际应用有一定的指导意义。

  介质阻挡放电( Dielectric Barrier Discharge, DBD)能够在常温常压下产生大面积、高能量密度的低温等离子体, 促进大规模连续化工业的运行。近年来,对这一问题的研究已经成为国内外研究的热点之一, 且等离子体研究成果也广泛应用于环境污染治理、臭氧制备、材料表面改性等领域。随着NOx 排放量逐年上升, DBD 技术在烟气脱硝领域也展现出良好的发展前景。然而, 在实际应用中, 不同工作环境对反应器的最优结构具有不同的要求,气体间隙大小作为反应器的一个重要结构参数, 对优化反应器结构以适应不同的放电条件具有重要影响。

  梁文俊等采用不同直径的内电极, 研究气体间隙对甲苯脱除的影响。实验发现, 电压低时, 细电极反应器对甲苯的脱除率更高, 但随着电压的上升,粗电极脱除效率比细电极要高。庄凤芝等研究了DBD 装置的平均放电电流特性, 实验表明, 在DBD发生器结构与工作气体属性固定的情况下, 减小放电间隙距离可提高放电强度, 并得到较大的平均放电电流。魏林生等用工程仿真软件ALGOR 对平板电极臭氧发生器内的电场进行模拟, 计算结果发现, 气隙间距为1, 2, 3 mm 时, 气隙中心区域的电场强度分别为280.545, 261.672 和227.311 kV/ m。反应器间隙距离对DBD 脱除NOx 的影响机理非常复杂, 本文先采用高级数值仿真软件对同轴单层介质反应器内电场进行数值模拟, 针对模拟结果,用电子分布玻尔兹曼方程对微观动力学进行分析,并实验研究了间隙大小对NO 脱除的影响。

  通过对反应器内气体间隙静电场的数值模拟,得出不同间隙大小时的电场分布。随着气体间隙的减小, 电场强度增大。在低浓度NO 的NO/ N2 体系中, 气体压力和温度不变的情况下, 电场强度增大,导致折合场强增大, 使高能量的电子数量增多, 且折合场强为200 Td 时电离速率和电子平均动能较100Td 时分别增加了116 倍和2.2 倍, 产生更多的N 原子, 使NO 的还原反应增强, 提高了NO 脱除效率。

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