高频交流电场下水中放电特性研究
摘要：
近年来水中高压电晕放电受到广泛关注，研制大体积、高效率、低电压、低能耗水中放电发生装置是目前重要的研究课题。为了开发一种能够产生大体积水下电晕放电的电极结构，并利用该电极结构对有机染料进行处理，我们以电源和放电发生装置为研究对象, 探寻提高放电装置功率因数、降低能量消耗的途径, 优化装置结构参数及其与高压电源的匹配，研究介质材料、介质厚度以及放电气隙等因素对放电装置功率因数的影响, 并进行理论分析。
通过对水溶液中高压击穿特性的实验研究，逐步掌握等离子体与高压放电的基本知识和研究应用现状，为进一步的学习打下基础，并通过实验积累实践经验。
关键词：高压放电 等离子体 应用领域 研究进展
- 研究的背景及意义
高压电晕放电技术在很多领域有着特别广泛的应用，国内外对于高压放电各方面的研究更是数不胜数。高压放电产生的等离子体在食品安全，医疗卫生，环境保护，材料处理等方面有着不可或缺的作用。随着科技的不断发展和环境问题的不断恶化，高压电晕放电技术的研究和应用也走上了新的高度，能源消耗与环境保护理所当然的成为了我们必须重视的研究方向。目前，高压脉冲激励的研究大多基于其产生的影响、其本身的性能、产生的方法以及对其产生影响的介质方面，而对于其产生装置的设计与改良的研究还比较缺乏。我们需要开发一种能够产生大体积水下电晕放电的电极结构，并利用该电极结构对有机染料进行处理。以电源和放电发生装置为研究对象, 探寻提高放电装置功率因数、降低能量消耗的途径, 优化装置结构参数及其与高压电源的匹配，研究介质材料、介质厚度以及放电气隙等因素对放电装置功率因数的影响, 从而找到水中电晕放电发生装置与电源的最佳匹配方案，探寻放电装置最大的处理效率和最小的功耗。
- 国内外同类研究概况
高压电晕放电技术在很早以前就对人类的生产和生活产生了重大的影响。目前国内外对该技术的研究已经遍及各方面，目前在国内外,关于水中脉冲放电的主要文献是关于水中电弧放电的,水中电晕放电的讨论主要见于水处理应用领域的报道,但由于要面对水处理的特殊要求,其实验基本上是在污水中或是气液两相中进行的,对于单一液相水介质、适于水下等离子体声源参数条件下的脉冲电晕放电,以及两种放电形式(电弧放电和电晕放电)的异同和理论结果都很少见于公开文献讨论中.高压脉冲电场(PEF)处理技术是指高压脉冲(典型值为 20~80 kV/cm)施加到置于 2 个电极之间的食品上以完成处理的技术，是被业界公认为具有较好工业应用前景的非热处理技术之一 . 在过去的几十年里，人们对在大气压力中产生大量的(弥散的)放电有相当大的兴趣。除了经典的介电屏障放电和高频放电，在气体流稳定放电电阻稳定的放电和液体电极的放电的文献中都有报告。在液体和电阻性屏障放电的情况下，电阻性屏障的分布（高）电阻和水电极使等离子体稳定，因为它阻止了放电的局部化，因此产生了电弧或火花。这种类型的放电的好处是，它也能与直流励磁一起工作。
虽然对大量的大气压力放电进行了大量的研究，但是这些放电的物理原理仍然没有被完全理解，尤其是在液体电极的情况下。金属针和液体阴极之间的放电主要被调查过。然而，由于金属针和液体阳极之间的放电，在文献中只报道了一些现象。国内有些学者搭建了可在不同介质层数情况下实现介质阻挡放电的水处理实验装置，通过检测不同介质层数对模拟废水的处理效果并测量相应的放电参量，来研究介质层数在水处理中的作用，以完善介质阻挡放电处理污水的相关理论。空气中的大气压辉光放电通常因放电易过渡到火花状态而难以产生。在静态大气压空气针-板等离子体发生器中，采用阻容耦合负反馈方法控制等离子体放电发展过程，成功地抑制了辉光放电向火花放电的过渡，产生了稳定的交流辉光放电，研究了电压、电极间距等参数变化对放电的影响。ＡＣ激励下的针－水电极等离子体特性也有过简单的研究。为研究ＡＣ激励产生的等离子体的Ｏ２浓度进行了测量。研究表明：２０ｋＨｚ激励下的针－水电极的放电过程存在脉冲模式和连续模式２种工作模式物理特性，通过电压电流波形测量和高速摄影仪拍摄对ＡＣ激励产生针－水电极等离子体的电特性和放电现象进行了研究，并通过比色分析法对生理盐水中生成的Ｈ２。在脉冲工作模式下，当电极两端电压极性发生改变时，等离子体熄灭，每１个电压周期都需要较大的电压来击穿气体间隙，但此击穿电压比初始击穿电压低许多倍。在连续工作模式下，等离子体放电强度变强，且持续存在于放电间隙。针－水电极放电产生的等离子体可以在生理盐水中有效地生成Ｈ２Ｏ２，且在脉冲工作模式下生成Ｈ２Ｏ２的效率更高。然而，由于Ｆｅｎｔｏｎ反应的影响，ＡＣ激励针－水电极放电等离子体对生理盐水的处理时间应le;５０ｓ。液体参与的气体放电等离子体不仅可以依靠其物理作用（热和冲击波）来实现血液和组织的凝
结、坏死组织的去除及消石等医学作用；还能凭借其优秀的化学特性（抗菌、抗肿瘤等）来实现许多疾病的处理，如：皮肤和伤口感染、慢性和急性创伤、癌症和肿瘤等。针－水电极结构的放电等离子体，由于其在水净化、有机污染物的降解、化学分析、微生物失活、双氧水和纳米颗粒的生成等方面具有
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