脉冲放电下水的等离子体化学反应

论文摘要

液中放电形成高温等离子通道,产生紫外线辐射,并产生强烈的冲击波推动周围的水向外膨胀。在这一过程中,水中的污染物除了高温裂解外,因脉冲放电在水中所形成的OH、H、O、O3、H2O2等活性化学物种的强氧化效应对废水中的有害有机污物的降解起到重要作用。所以,从理论和实验两方面探讨脉冲电压下水中活性基团的形成机理对基于液电效应的污水处理技术是至关重要的。为分析水中脉冲放电形成等离子体通道的物理过程,建立了棒-棒电极间的圆柱型通道物理模型,并根据能量、动量、质量守恒方程来描述通道等离子体特性,建立微分方程组,并利用四阶Rounge-Kutta法求解了通道的电压-电流特性,力学特性（温度、压力和半径随时间的变化）,微观（粒子密度）特性及其相互关系,发现仿真结果与以前文献实验数据的变化趋势基本吻合。利用计算复杂化学程序CEA2,将放电能量转换成通道的热力学焓值来计算通道内的生成物的含量,并通过化学手段利用比色法检测了OH、H2O2和O3这三种典型活性物种的含量,发现OH、H2O2浓度实验数据与CEA2程序计算理论值的数量级基本一致,说明了计算具有一定的合理性,也表明实验方法是正确的。这是一项应用基础研究,它的计算结果和实验结果,对应用脉冲放电进行含有机物的污水处理有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 液相脉冲放电的物理效应研究现状
• 1.2.2 液相脉冲放电的化学过程研究现状
• 1.3 课题研究的目的及意义
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 水中液电效应数值模拟
• 2.1 液电物理过程
• 2.1.1 液电的物理描述
• 2.1.2 等离子体通道方程的形成
• 2.2 液电等离子体控制方程
• 2.2.1 物质守恒方程
• 2.2.2 等离子体控制方程矩阵
• 2.3 控制方程求解
• 2.3.1 求解方法
• 2.3.2 初始条件确定
• 2.3.3 计算结果与分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 脉冲放电下水中活性粒子组分计算
• 3.1 程序CEA 简介
• 3.1.1 Gibbs 自由能
• 3.1.2 相关热力学状态介绍
• 3.2 化学平衡计算方法
• 3.2.1 Gibbs 迭代方程
• 3.2.2 简化Gibbs 迭代方程
• 3.3 化学平衡计算步骤
• 3.3.1 问题类型选择
• 3.3.2 生成物种的选择
• 3.4 计算结果与讨论
• 3.5 本章小结
• 第4章 活性粒子化学检测
• 4.1 活性粒子检测方法
• 4.2 实验系统
• 4.3 羟自由基OH 检测
• 2O₂ 的检测'>4.4 过氧化氢H₂O₂的检测
• 3 的检测'>4.5 臭氧O₃的检测
• 4.6 吸光度测量
• 4.7 实验结果分析与讨论
• 4.8 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢