【摘 要】
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等离子体技术制氢具有产率高、成本低、能耗少、设备简单的特点,是最具发展前景的一种方法,由于制氢时使用的主要原料为液体,因此液体中放电生成等离子体的研究具有非常重要的意义。本课题主要围绕液体中阴极放电影响因素进行研究,主要研究工作如下:(1)建立了直流激励下液体中阴极局部区域放电的等效物理模型,并由该模型推导出液体放电时阴极周围气腔电阻公式,同时根据气泡膨胀半径与焦耳热间关系得到气泡半径热力学模型。
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等离子体技术制氢具有产率高、成本低、能耗少、设备简单的特点,是最具发展前景的一种方法,由于制氢时使用的主要原料为液体,因此液体中放电生成等离子体的研究具有非常重要的意义。本课题主要围绕液体中阴极放电影响因素进行研究,主要研究工作如下:(1)建立了直流激励下液体中阴极局部区域放电的等效物理模型,并由该模型推导出液体放电时阴极周围气腔电阻公式,同时根据气泡膨胀半径与焦耳热间关系得到气泡半径热力学模型。结合以上气腔电阻模型与气泡最大半径模型,得出液体初始电导率、液体初始温度等参数与加热时间、气泡最大半径、气腔等效电阻、放电模型电路等效总电阻等放电中间参数的关系,并最终得到液体初始电导率、初始温度、外加电压与放电阈值电压的关系式。(2)分别选取不同数值的液体初始电导率、初始温度、外加电压,使用Matlab软件仿真分析了相应条件下加热时间、气泡最大半径、气腔等效电阻、放电模型等效总电阻的变化曲线,并在理论上得到液体初始电导率、初始温度及外加电压与阈值电压的关系曲线。(3)搭建了直流激励下液体中阴极局部区域放电实验装置并进行了实验验证,通过研究目标完善实验系统与实验方案,设计H型双电化学反应器,选用氢氧化钠配制不同电导率的乙醇溶液,采用高精度可调水浴加热器对反应器进行水循环温控。选择不同因素进行放电实验,并使用电学与图像系统分别对每次实验中电流、电压等数据及气泡演化现象进行同步检测记录。(4)通过实验所得数据分别绘制出相应的电流随电压变化曲线及阈值电压变化图,结合已建立的理论模型与实验过程中拍摄的图片解释了放电整个发展过程,分析了阈值电压变化的原因。将实验结果与理论对比发现,不同初始电导率及初始温度实验组所得阈值电压的变化趋势与对应理论分析结果一致。
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