本文介绍了自行研制的新型水等离子体炬,并对其产生的水蒸汽等离子体射流特性进行了深入细致的研究。在此基础上开发了水等离子体炬处理废弃物实验装置,开展了甲烷二氧化碳重整和二氧六环、吡啶杂环有机废液处理的实验研究。　　 阐述了水等离子体炬采用的结构和设计思想,完成了基于电极冷却水汽化蒸汽作为等离子体工作气体而无需外部气源的新型水等离子体炬的研制,实现了高温、高焓值和高反应活性的水蒸汽等离子体射流的稳定产生,通过对炬热力学特性的研究,发现该结构的水等离子体炬热效率很高,可达到90％左右。研究了水等离子体炬的工作状态及其对应的工作介质水的相变过程,发现水等离子体炬工作过程中,射流从“层流”向“湍流”状态的转变。　　 利用快速傅立叶变换、统计分析等信号处理工具,重点研究了水蒸汽等离子体射流的脉动特性。研究发现,水蒸汽等离子体射流的脉动行为均属于重燃(Restrike)模式:随着弧电流的增大,弧电压的脉动幅度呈现出减小趋势。弧电压频域信号分析结果显示,除了18KHz(由等离子体电源引起)外,更显著的脉动特征频率在更高的频率段,并且随着弧电流的增大而增大;这表明水蒸汽等离子体射流的脉动主要是由电弧斑点在阳极壁面上有规律往复运动的大尺度分流引起的。当等离子体炬工作在大电流模式时,小尺度分流也成为射流脉动的重要影响因素。发射光谱的诊断表明环境空气的卷吸对射流脉动的影响很小。　　 利用发射光谱技术对水蒸汽等离子体射流的光谱特性进行了研究,采用双原子分子OH谱带拟合法、波尔兹曼斜率法和Hβ斯塔克展宽分别对等离子体气体温度、激发温度、电子密度等用来表征等离子体特性的重要参数进行了诊断,并对水蒸汽等离子体射流是否满足局域热力学平衡条件进行了讨论。通过建立水蒸汽等离子射流局域热力学平衡模型,模拟计算了大气压条件下水蒸汽等离子体射流中OH、H和O等自由基浓度沿射流轴向的空间分布。　　 在甲烷二氧化碳重整实验中,通过改变原料气配比和原料气总流量,找出了最佳的实验参数,在此实验参数条件下,甲烷和二氧化碳的转化能力达到了最大,约为1.87mmol/kJ,系统能量效率高达74.6%,得到的合成气的H2/CO摩尔比约等于2,非常适合工业上甲醇的合成,便于工业应用推广。研究表明,高焓值、高反应活性的水蒸汽等离子体有助于甲烷二氧化碳转化效率的提升。　　 由于将有机废液直接作为等离子体工作介质,促进了难降解有机物的分解,研究表明,二氧六环、吡啶等有机物在实验参数条件下,被彻底分解转化,得到的气态产物主要以H2、CO和CO2为主,其中以H2和CO为主的合成气含量占到了70%左右,为高浓度有机废液资源化处理提供了一个很好的技术途径。　　 总之,基于高效水蒸汽等离子体射流产生的发生器及水蒸汽等离子体的特殊性能,使得水等离子体炬在资源与环境领域有着广泛的应用前景,通过对水等离子体炬及其产生的水蒸等离子体射流特性的研究,有助于弄清水蒸汽电弧等离子体发生器的工作机理和水蒸汽等离子体与处理对象的作用机制,为其应用奠定坚实的基础。