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介质阻挡放电冷等离子体去除NO的研究

张旭东  
【摘要】: 随着汽车尾气排放在污染源中所占比例的日益增长,研究如何降低汽车尾气中各种有害成份,尤其是NOx的排放,已成为目前的一个热点。由于冷等离子体在净化空气污染方面的高效率、低能耗等独特优点,逐渐引起了研究者广泛的关注。本文比较分析了各种放电模式和反应器结构的优缺点,阐明了介质阻挡放电冷等离子体用于汽车尾气排放净化的优势。 针对N2/NO混合气系统,建立了高能电子去除NO的化学反应模型。根据数值模拟结果,对数学模型进行量级分析,据此提出合理的简化模型,得到了有高能电子参与的N2/NO纯粹化学反应系统中,NO粒子数密度随时间变化的解析解,可作为进一步分析的基础。 设计建立了一套可以安全操作的实验系统,系统研究了气体流量、NO初始浓度、放电电压与添加O2等对NO去除率的影响。实验结果表明,介质阻挡放电可以比较高效地去除NO,产物是N2和O2。气体流量的增大和NO初始浓度的提高会降低NO的去除率,而放电电压升高将提高NO的去除率,但随着电压的持续升高,这种增长的趋势将趋于平缓。添加O2会降低NO的去除率。系统研究了放电管各种本征因素对去除NO的影响。结果表明:介质层材料的介电常数越大,厚度越薄,越有助于提高NO的去除率;对于中心电极直径和介质层的内径,应该存在最佳尺寸使得NO的去除率达到最佳;放电区长度延长,也可以提高NO去除效率。 建立了介质阻挡放电管去除NO的理论模型。考虑O2生成与放电时间的影响,对模型做了进一步的修正。改进后的模型可以很好地解释实验结果。采用此模型,可以系统分析各种因素对介质阻挡放电去除NO效率的影响。 在前述实验和理论分析的基础上,改变介质层的位置,在保持放电管总体尺寸不变的情况下,大幅度提高了NO的去除率。


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