[发明专利]气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置及其方法

说明书

本发明公开了一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置及其方法，所述装置包括气液固三相放电反应器、高压纳秒脉冲电源、电参数检测单元、活性成分检测单元、调压变压器、隔离变压器、气泵、液泵、气体流量计、液体流量计、气液分离器、缓冲气室、储水箱A、储水箱B、压力调节阀。本发明对于开展气液固三相高压脉冲放电实验及装置设计对水下脉冲放电技术广泛应用于废水处理等领域具有推动作用。

技术领域

本发明涉及一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置及其方法，属于高压脉冲放电技术领域。

背景技术

高压脉冲放电具有陡前沿、窄脉冲的特点，可以提高电极间距宽的反应器的处理能力，增加放电的稳定性，增强放电等离子体反应器的传质效率。

水下脉冲放电技术，是在水中使用高压脉冲电源击穿放电，产生复杂的等离子体化学、紫外、冲击波、电子碰撞等物理过程，并进一步产生自由基(·OH、·O、·HO₂、·H等)、臭氧(O₃)和双氧水(H₂O₂)等活性成分。水下脉冲放电有利于反应物之间的相互扩散，催化剂辅助可提高处理效果。近年来水下脉冲放电被广泛应用于废水处理、水下灭菌、材料表面处理以及生物医学等领域。

目前对于水下脉冲放电的研究，较多的是单相体中的液电脉冲和气液两相混合体放电，对三相放电的研究报道较少；对于气液混合体反应器，靠近高压电极附近气泡中的电场相对较强，容易发生电离击穿，但由于气泡的流态复杂一定电压范围内放电气泡的时空分布呈现较大的随机性；大量的高浓度液体会导致更频繁的电子碰撞和更低的电荷迁移率，高压脉冲放电特性容易受到溶液电导率和流体含水率的影响。

经过查阅资料发现，关于气液固三相高压脉冲放电装置的研究较少。在对比专利CN201020672259“一种用于废水处理的水下脉冲射频等离子体放电装置”中，装置功率电极和接地电极的一部分浸入集水池内的水中利用脉冲射频场对溶液进行瞬间加热蒸发在电极表面形成局部的低密度气泡或气层区域，脉冲射频场在该区域击穿气体，从而激发产生脉冲射频等离子体。而我们的装置是通过通入气体，并在两个电极之间填充负载TiO₂的石英小球，利用滞留在小球间隙的气泡降低放电难度，效率更高。在对比专利中，对方装置作为集水池的玻璃容器直径为100mm大小，外围还设有电磁屏蔽箱，所以整体结构比我们的装置较为复杂。在对比专利中，对方装置并不能对产生的气体进行循环利用，本作品可以实现对气液两相的循环利用，提高的资源利用率，是一种环境友好型的实验装置。

发明内容

基于以上水下脉冲放电的应用和研究现状，研制气液固三相环境下的高压脉冲放电活性成分发生装置是十分必要的，在气液两相体中加入固相形成三相放电后，固相通过将气泡滞留在放电区域内，降低气液两相中的放电难度。和气液两相放电相比，在气液固三相中放电，不仅存在气体的放电击穿，而且存在着固体颗粒的表面放电及局部放电，同时相邻的固体颗粒之间也存在着放电，击穿电压进一步降低，气液两相中的放电难度下降。同时固相上面可以负载催化剂，协同放电产生的紫外线和活性成分提高水处理效率。

探究气液固三相放电环境下，不同状态的溶液对高压脉冲放电电气特性的影响，对水下脉冲放电技术广泛应用于废水处理等领域具有推动作用。本发明提供了一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验及其方法，具体的技术方案如下：

一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置，所述装置包括气液固三相放电反应器、高压纳秒脉冲电源、电参数检测单元、活性成分检测单元、调压变压器、隔离变压器、气泵、液泵、气体流量计、液体流量计、气液分离器、缓冲气室、储水箱A、储水箱B、压力调节阀；

所述气液固三相放电反应器设有进气口、出气口、进水口和出水口，待处理水样连接储水箱B的入口，储水箱B的出口连接液泵入口，液泵出口连接液体流量计入口，液体流量计出口连接气液固三相放电反应器的进水口，气液固三相放电反应器的出水口连接储水箱A的入口，储水箱A的出口连接储水箱B的入口和活性成分检测单元；