华 中 科 技 大 学硕 士 学 位 论 文基 于 空 间 周 期 性 边 界 的 DBD 相 关 问 题 研 究姓 名 ： 李 兴 旺申 请 学 位 级 别 ： 硕 士专 业 ： 电 工 理 论 与 新 技 术指 导 教 师 ： 叶 齐 政2011-01-07华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘 要 介 质 阻 挡 放 电 （ DBD） 可 以 产 生 大 面 积 非 热 平 衡 等 离 子 体 ， 在 材 料 表 面 处 理 ， 生物 杀 菌 ， 污 染 治 理 等 方 面 具 有 良 好 的 应 用 前 景 ， 近 年 来 成 为 国 内 外 学 者 研 究 的 热 点 。本 研 究 采 用 不 同 规 格 的 不 锈 钢 丝 网 实 现 了 空 间 周 期 性 边 界 条 件 的 变 化 ， 研 究 了 丝 网 尺寸 、 电 压 、 频 率 、 气 压 对 放 电 的 影 响 ， 并 采 用 丝 网 辅 助 气 液 两 相 体 DBD 进行了靛蓝模 拟 废 水 处 理 。实 验 发 现 当 网 孔 尺 寸 大 于 250m 时 ， 微 放 电 沿 丝 网 规 则 分 布 ， 当 网 孔 尺 寸 小 于200m 时，微放电随机分布。随着电压和频率的升高，放电变强；随着气压的降低，起 始 放 电 电 压 降 低 ， 放 电 外 貌 变 得 弥 散 。 在 0.25Mpa 氩 气 中 观 察 到 了 明 显 的 主 峰 现 象 ，根 据 放 电 照 片 和 电 流 波 形 推 测 认 为 ， 电 极 中 心 区 域 ， 电 场 比 较 均 匀 ， 属 于 辉 光 放 电, 形成 电 流 主 峰 ； 而 电 极 周 围 由 于 场 强 畸 变 ， 发 生 丝 状 放 电 , 在 电 流 主 峰 上 迭 加 小 峰 。采用丝网电极结构，电流波形存在明显的极性效应。分析表明, 由于非对称的电极 结 构 使 得 在 电 压 的 正 负 半 周 放 电 强 弱 不 同 ， 进 而 电 流 波 形 不 同 。 本 文 通 过 各 电 极 结构 在 不 同 频 率 、 电 压 情 况 下 的 电 流 波 形 分 析 ， 发 现 随 着 电 压 和 频 率 的 升 高 ， 极 性 效 应减 弱 。 分 析 了 壁 电 荷 、 空 间 电 荷 和 电 晕 放 电 对 极 性 效 应 的 影 响 。提 出 了 适 合 本 实 验 装 置 的 DBD 仿真模型，研究了产生极性效应的机制，认为壁电 荷 、 空 间 电 荷 和 电 晕 会 在 电 压 的 正 负 半 周 使 得 气 体 间 隙 的 电 导 率 不 同 ， 相 当 于 仿 真模 型 中 电 阻 不 同 ， 很 好 的 仿 真 出 跟 实 测 数 据 一 致 的 结 果 。通 过 丝 网 辅 助 DBD 水处理实验研究，发现丝网的加入能够使得放电规则分布，当 丝 网 密 度 小 于 5mm， 放 电 变 得 随 机 。 利 用 该 实 验 装 置 进 行 了 靛 蓝 废 水 处 理 ， 发 现 放电 两 分 钟 处 理 效 果 最 明 显 。 这 为 利 用 介 质 阻 挡 放 电 进 行 工 业 废 水 处 理 提 供 了 一 种 新 途径 ； 其 特 殊 的 两 相 体 形 式 ， 还 可 用 于 废 气 处 理 。关 键 词 ： 介 质 阻 挡 放 电 空 间 周 期 性 边 界 极 性 效 应 仿 真 模 型 水 处 理* 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 :50877033I华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文AbstractThe non-thermal equilibrium plasma produced in Dielectric Barrier Discharge (DBD)can be applied to the field of material handling, pollution control, biological sterilization.Because of the good prospect, it has become a hot research topic to domestic and foreignscholars in recent years. In this experiment, the space periodic boundary is changed byusing different stainless steel net and different layout. Then the effect of discharge has beenresearched by changing the mesh size, voltage, frequency, pressure. And the Indigowastewater treatment has been studied by DBD assisted by wire mesh in a gas-liquidtwo-phase mixture.In the experiment, It was found that when the mesh size larger than 250m, themicro-discharge along the wire. When the mesh size smaller than 200m, the dischargedistributed at random. The discharge became strong, as the voltage and frequencyincreasing. The Initial discharge voltage reduced, and the discharge became diffusion, asthe pressure decreasing. The major peak phenomenon has been observed in argon gas at0.25Mpa. According to the analysis of the discharge photos and the current waveform, wethink that the electric field is more uniform, the discharge is glow discharge, which causedthe major peak of current waveform. But the electric field around the electrode occurdistortion, the discharge is filamentary discharge, which caused the pulses of currentwaveform.The current waveforms obviously exist the polarity effect, with mesh electrodestructure. The current waveform is different in the positive and negative half-cycle voltage,caused by the asymmetric electrode structure. In this paper, We found the polarity effectreduced, as the he voltage and frequency increasing. And we analyzed the effect to polarity The research is supported by the grant from the National Science Foundation of China, Grant No. 50877033II华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文effect from accumulated charges、 space charges and corona.We proposed a simulation model of DBD, which is suitable for this experimental setup.According to the simulation, we considered that the conductivity of gas is different in thepositive and negative half-cycle voltage, caused by accumulated charges、 space charges andcorona. The resistance equivalents to the change of conductivity. And the results ofsimulation consistent with the measured results.We found the mesh could make the discharge rule distribution, in the gas-watertwo-phase mixture DBD assisted by wire mesh. But the discharge became random, whenthe mesh size smaller than 5mm. Through the Indigo wastewater treatment, we found thatthe most obvious treatment effect came about two minutes after the start of discharge. Thisis a new way for industrial water treatment, use of dielectric barrier discharge. This uniquetwo-phase structure can also be used for gas treatment.Keywords: DBD, the space periodic boundary, the polarity effect,simulation model, water treatmentIII独创性声明本 人 声 明 所 呈 交 的 学 位 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作及 取 得 的 研 究 成 果 。 尽 我 所 知 ， 除 文 中 已 经 标 明 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不包 含 任 何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 。 对 本 文 的 研 究 做出 贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 。 本 人 完 全 意 识 到 ， 本声 明 的 法 律 结 果 由 本 人 承 担 。学 位 论 文 作 者 签 名 ：日 期 ： 年 月 日学位论文版权使用授权书本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 学 校 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 即 ：学 校 有 权 保 留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 ， 允 许论 文 被 查 阅 和 借 阅 。 本 人 授 权 华 中 科 技 大 学 可 以 将 本