不同間隙條件下同軸型介質(zhì)阻擋放電的模擬與實(shí)驗(yàn)研究

　　主要目的是為了研究氣體間隙大小對(duì)介質(zhì)阻擋放電脫除NO 的影響。通過(guò)改變間隙大小, 對(duì)反應(yīng)器內(nèi)靜電場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算, 用玻爾茲曼方程對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的電子分布函數(shù)進(jìn)行分析, 并實(shí)驗(yàn)研究了間隙大小對(duì)NO 脫除的影響。計(jì)算結(jié)果顯示, 隨著氣體間隙的減小, 電場(chǎng)強(qiáng)度增大, 導(dǎo)致折合場(chǎng)強(qiáng)增大, 折合場(chǎng)強(qiáng)為200 Td 時(shí)離解速率和電子平均動(dòng)能較100 Td 時(shí)分別增加了116 倍和2.2 倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 隨著氣體間隙減小, NO 脫除效率升高。真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為對(duì)低溫等離子體脫除氮氧化物的實(shí)際應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。

　　介質(zhì)阻擋放電( Dielectric Barrier Discharge, DBD)能夠在常溫常壓下產(chǎn)生大面積、高能量密度的低溫等離子體, 促進(jìn)大規(guī)模連續(xù)化工業(yè)的運(yùn)行。近年來(lái),對(duì)這一問(wèn)題的研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一, 且等離子體研究成果也廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染治理、臭氧制備、材料表面改性等領(lǐng)域。隨著NOx 排放量逐年上升, DBD 技術(shù)在煙氣脫硝領(lǐng)域也展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。然而, 在實(shí)際應(yīng)用中, 不同工作環(huán)境對(duì)反應(yīng)器的最優(yōu)結(jié)構(gòu)具有不同的要求,氣體間隙大小作為反應(yīng)器的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù), 對(duì)優(yōu)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同的放電條件具有重要影響。

　　梁文俊等采用不同直徑的內(nèi)電極, 研究氣體間隙對(duì)甲苯脫除的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 電壓低時(shí), 細(xì)電極反應(yīng)器對(duì)甲苯的脫除率更高, 但隨著電壓的上升,粗電極脫除效率比細(xì)電極要高。莊鳳芝等研究了DBD 裝置的平均放電電流特性, 實(shí)驗(yàn)表明, 在DBD發(fā)生器結(jié)構(gòu)與工作氣體屬性固定的情況下, 減小放電間隙距離可提高放電強(qiáng)度, 并得到較大的平均放電電流。魏林生等用工程仿真軟件ALGOR 對(duì)平板電極臭氧發(fā)生器內(nèi)的電場(chǎng)進(jìn)行模擬, 計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn), 氣隙間距為1, 2, 3 mm 時(shí), 氣隙中心區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度分別為280.545, 261.672 和227.311 kV/ m。反應(yīng)器間隙距離對(duì)DBD 脫除NOx 的影響機(jī)理非常復(fù)雜, 本文先采用高級(jí)數(shù)值仿真軟件對(duì)同軸單層介質(zhì)反應(yīng)器內(nèi)電場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬, 針對(duì)模擬結(jié)果,用電子分布玻爾茲曼方程對(duì)微觀動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析,并實(shí)驗(yàn)研究了間隙大小對(duì)NO 脫除的影響。

　　通過(guò)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)氣體間隙靜電場(chǎng)的數(shù)值模擬,得出不同間隙大小時(shí)的電場(chǎng)分布。隨著氣體間隙的減小, 電場(chǎng)強(qiáng)度增大。在低濃度NO 的NO/ N2 體系中, 氣體壓力和溫度不變的情況下, 電場(chǎng)強(qiáng)度增大,導(dǎo)致折合場(chǎng)強(qiáng)增大, 使高能量的電子數(shù)量增多, 且折合場(chǎng)強(qiáng)為200 Td 時(shí)電離速率和電子平均動(dòng)能較100Td 時(shí)分別增加了116 倍和2.2 倍, 產(chǎn)生更多的N 原子, 使NO 的還原反應(yīng)增強(qiáng), 提高了NO 脫除效率。