气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Experimental device and method for electrical characteristics of gas liquid solid three phase pulse discharge

【技术实现步骤摘要】
气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置及其方法
本专利技术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

技术介绍
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。
技术实现思路
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。本专利技术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；所述气液固三相放电反应器的出气口连接气液分离器入口，气液分离器的出口分别连接缓冲气室入口和储水箱A的入口，气源通过压力调节阀连接缓冲气室入口，缓冲气室的出口连接气泵的入口，气泵的出口连接气体流量计的入口，气体流量计的出口连接气液固三相放电反应器的进气口；所述隔离变压器、调压变压器、高压纳秒脉冲电源依次连接，所述隔离变压器连接市电，所述的高压纳秒脉冲电源连接气液固三相放电反应器，气液固三相放电反应器连接电参数检测单元。上述气液固三相放电反应器包括上部、中部和下部，中部为不锈钢圆筒体，上部和下部均由聚四氟乙烯材质构成。上部包含出水口、出气口、上绝缘挡板，下部包含进气口、进水口、下绝缘挡板、电极支架，上部与下部分别通过螺纹与中间的不锈钢圆筒体连接。不锈钢圆筒体内包括高压电极，且填充满固相小球；所述高压电极上端穿出上绝缘挡板、下端通过电极支架固定在下绝缘挡板上方。上述高压电极上带有螺纹，高压电极的材质选用钨、钼、钛、不锈钢、钨钼合金或者钛合金。上述上、下绝缘挡板的材质是聚四氟乙烯、有机玻璃材质中的一种，上、下绝缘挡板上开设有阵列的小孔，上绝缘挡板的阵列小孔可以使得放电反应器内的水气流出，下绝缘挡板上的阵列小孔是用于将通入的气体变成气泡，进一步降低放电的难度。上述电极支架的材质为石英、玻璃、陶瓷中的一种。上述固相小球的采用玻璃或者石英，小球直径为0.50mm-5.00mm范围内。上述固相小球表面负载催化剂。上述催化剂为二氧化钛或者二氧化钛和氧化石墨烯的组合。一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验方法，利用上述的装置，包括如下步骤：Step1：打开待处理水样和储水箱B之间的阀门，待处理水样进入储水箱B，待储水箱B装满后关闭阀门；Step2：打开压力阀、气泵，使气体在气液固三相放电反应器内循环；Step3：打开液体流量计与气液固三相放电反应器进水口之间的单向阀，打开液泵，当液体开始流进液固三相放电反应器时，打开电源进行放电处理；Step4：当储水箱B空时关闭电源、液泵以及气泵、压力阀；Step5：打开储水箱A和储水箱B之间的阀门，使储水箱A的水样全部流入储水箱B，随后关闭阀门，如果循环处理水样，流程返回到Step2，实验完成后，关闭电源、高压液泵系统、气泵、所有阀门；如果不循环处理水样，实验平台按照Step1、Step2、Step3、Step4操作；实验完成后，关闭电源、高压液泵系统、气泵、所有阀门。若实验过程中或实验后要对处理后水样进行活性成分含量检测，打开储水箱A与活性成分检测单元之间的阀门，储水箱A中的处理后水样流向活性成分检测单元，实现对处理后水样中的活性成分实时检测。液相放电等离子体技术是一种新型的水处理高级氧化技术，是处理造纸、制药、印染等生物难降解有机废水的较理想的和有潜力的技术。理论上，交流、直流和脉冲电场均可以用于液相放电，但高压脉冲放电具有纳秒量级的上升、下降沿和窄脉宽，放电间隙内的电场变化率更大，更容易击穿放电电极内的介质，产生活性成分。高压纳秒脉冲电源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，持续稳定的生成和维持非平衡等离子体，因此近年来应用较多的是水中脉冲放电。采用水下脉冲放电技术可以在液体中产生等离子体，这一过程能同时产生冲击波、紫外线、强氧化自由基和强电场四种作用效果。为了使气体在反应器内部滞留本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置，其特征在于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；/n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；/n所述气液固三相放电反应器的出气口连接气液分离器入口，气液分离器的出口分别连接缓冲气室入口和储水箱A的入口，气源通过压力调节阀连接缓冲气室入口，缓冲气室的出口连接气泵的入口，气泵的出口连接气体流量计的入口，气体流量计的出口连接气液固三相放电反应器的进气口；/n所述隔离变压器、调压变压器、高压纳秒脉冲电源依次连接，所述隔离变压器连接市电，所述高压纳秒脉冲电源连接气液固三相放电反应器，气液固三相放电反应器连接电参数检测单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置，其特征在于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；
所述气液固三相放电反应器的出气口连接气液分离器入口，气液分离器的出口分别连接缓冲气室入口和储水箱A的入口，气源通过压力调节阀连接缓冲气室入口，缓冲气室的出口连接气泵的入口，气泵的出口连接气体流量计的入口，气体流量计的出口连接气液固三相放电反应器的进气口；
所述隔离变压器、调压变压器、高压纳秒脉冲电源依次连接，所述隔离变压器连接市电，所述高压纳秒脉冲电源连接气液固三相放电反应器，气液固三相放电反应器连接电参数检测单元。


2.根据权利要求1所述的气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置，其特征在于：所述气液固三相放电反应器包括包括上部、中部和下部，中部为中不锈钢圆筒体，上部和下部均由聚四氟乙烯材质构成，上部包含出水口、出气口、上绝缘挡板，下部包含进气口、进水口、下绝缘挡板、电极支架，上部与下部分别通过螺纹与中间的不锈钢圆筒体连接；不锈钢圆筒体内包括高压电极，且填充满固相小球；所述高压电极上端穿出上绝缘挡板、下端通过电极支架固定在下绝缘挡板上方。


3.根据权利要求2所述的气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置，其特征在于：所述高压电极上带有螺纹，高压电极的材质选用钨、钼、钛、不锈钢、钨钼合金或者钛合金。


4.根据权利要求2所述的气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置，其特征在于：所述上绝缘挡板、下绝缘挡板的材质是聚四氟乙烯、有机玻璃材质中的一种，上绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐小慧，陈秉岩，张清阳，王诚昊，陆星，黎慧，丁斌，朱强政，羌笛声，马昕悦，李腾，施吴熙，吕诤，李媛，汤一彬，钱俊成，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32