【摘 要】
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大气压低温等离子体作为一种有前途的技术,因其具有卓越的活化能力和产生大量如原子氧和臭氧之类活性物质的特性,广泛应用于环境治理和生物医疗等领域。表面介质阻挡放电(Surface Dielectric Barrier Discharge,以下简称为SDBD)作为产生大气压低温等离子体的重要形式,在空气净化领域有着重大的应用前景。现阶段,大部分SDBD实验研究主要关注臭氧的产率和产量,而忽略了有害副产物
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大气压低温等离子体作为一种有前途的技术,因其具有卓越的活化能力和产生大量如原子氧和臭氧之类活性物质的特性,广泛应用于环境治理和生物医疗等领域。表面介质阻挡放电(Surface Dielectric Barrier Discharge,以下简称为SDBD)作为产生大气压低温等离子体的重要形式,在空气净化领域有着重大的应用前景。现阶段,大部分SDBD实验研究主要关注臭氧的产率和产量,而忽略了有害副产物氮氧化物的生成。另一方面,等离子体诊断技术限制了关于SDBD中放电形态和产物分布的关联研究,同时实验研究方法的高成本也不利于研究的长期开展。而数值仿真作为与实验相辅相成的有效手段,能够为实验提供很有价值的参考,甚至在整个研究中起决定性作用。但是目前关于空气净化领域中SDBD臭氧和氮氧化物生成的数值仿真研究十分有限。结合小范围空间内空气净化的实际应用场景,本文搭建了大气压微秒脉冲SDBD的二维流体模型,在此基础上研究电极参数对SDBD放电特性及产物生成的影响,主要内容如下:(1)固定其他参数不变,改变电极间距(0 mm,1 mm,2 mm和3 mm),研究SDBD的放电特性、流光的演化和空间电场分布,分析电极间距对臭氧及氮氧化物生成的影响。研究结果表明,电极间距的增大降低了高压电极附近的电场强度,减慢了产物的生成速率;同时,电极间距越大,介质上方的空间电场越大,更易形成第二次放电,增加产物的生成。(2)固定其他参数不变,通过改变接地电极宽度(2 mm,3 mm,4 mm和5 mm),研究SDBD的放电特性、流光的演化和空间电场分布,分析接地电极宽度对臭氧及氮氧化物生成的影响。研究结果表明,接地电极宽度的改变并未影响高压电极附近的电场,但其使得介质上方均匀电场的范围变大,流光头部可以始终保持较高电场强度,并演化至较远的距离,致使放电整体增强,生成更多的臭氧。(3)建立大气压微秒脉冲SDBD实验平台,测量SDBD的放电电流波形以及放电图像,定性地验证模型有效性。
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