水中气泡放电及产物浓度控制机理研究

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1、硕士学位论文水中气泡放电及产物浓度控制机理研究RESEARCHONTHEBUBBLEDISCHARGEINWATERandTHECONCENTRATIONOFTHEPRODUCTSCONTROLMECHANISM闫利钦哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM351学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文水中气泡放电及产物浓度控制机理研究硕士研究生：闫利钦导师：张潮海教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学

2、ClassifiedIndex:TM351U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEBUBBLEDISCHARGEINWATERandTHECONCENTRATIONOFTHEPRODUCTSCONTROLMECHANISMCandidate：YanLiqinSupervisor：Prof.ZhangChaohaiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Elec

3、tricalEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutormationDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要液相放电等离子体是一种新型的水处理技术，放电过程会产生•OH、•O、H2O2和O3等强氧化性物质，对有害物质的降解和细菌的杀灭具有显著的作用。但是面向家电应用中对处理强度安全可控的需求，液相放电技术仍存在较大的问题

4、。首先水中发生放电需要提供107-109V/m的电场，对电源要求较高；并且放电强度调控方式依赖于高压电源的调节，由于放电限制调节范围小，而且存在较高的危险性。本文针对水中放电在强度控制方面面临的挑战，提出通过气泡诱导放电的起始和停止，并由气体流量调控处理强度的方法，对其中涉及的关键技术开展了研究。首先，搭建了能够稳定放电的针-网气泡放电结构。通过放电信号和高速相机拍摄的放电图像的分析，深入研究了气泡放电过程中出现随机性的原因。为减少放电过程的随机性，实验中以气泡放电频率为指标对放电结构参数进行优选，最终得到能够稳定放电的

5、针-网气泡放电结构，并得出气泡放电频率能随着气体流量的增加而增加。其次，研究了水溶液介质参数、空气介质参数对放电的影响规律。实验研究了溶液电导率、温度、水面高度以及不同气体对放电的影响。并通过装置的改进解决了溶液电导率对放电的影响，从而在较高电导率下，仍能够实现气泡放电频率随气体流量的增加而增加。再次，开展了气泡放电产物浓度特性实验研究。重点测试了H2O2和O3在不同实验条件下的浓度特性，研究得出放电各产物都能够随通入气体流量的增加而得到提高，流量对产物浓度具有很好的控制作用。之后通过多针并列放电方式来提高产物的浓度，研

6、究并得出了多针放电时，气体流量依然对气泡放电产物浓度的具有控制规律。最后，在获得了气体流量对气泡放电频率以及对产物浓度的调控规律的基础上，根据各产物的特性和测试难度，确定臭氧为控制对象。建立基于LABVIEW的臭氧浓度闭环控制系统，分别采用“气体直接通断”和“气体连续调节”两种方式，进行气体流量对放电产物浓度控制的实验验证，获得较好的控制结果。关键词：水中气泡放电；随机性；浓度特性；气泡控制放电IAbstractAbstractPlasmadischargeinwaterisanewtechnologyofwatertr

7、eatmentthatproducesstrongoxidizingsubstancessuchas•OH,•O,H2O2andO3,whichhaveasignificanteffectonthedegradationofharmfulsubstancesandthekillingofbacteria.However,forthedemandofhouseholdappliances,therearestillproblems.First,thedischargeinwaterrequiresanelectricfie

8、ldof107-109v/m.Moreover,thecontrolmodeofdischargeintensitydependsontheregulationofhighvoltagepowersupply.Intheprocessthereisahighriskandtheregulationrangeislim