徐帥，汪春節(jié)，封宗瑜，肖德玲，孫藝娓，秦嘉瑩，勞承云，羅漢兵，胡露，張堅(jiān)，劉文正

(1.北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，北京 100044；2.珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519070；3.長(zhǎng)江師范學(xué)院，重慶 408100)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民對(duì)住宅室內(nèi)裝修的要求也越來越高。大規(guī)模裝修材料和建筑材料的使用，使得室內(nèi)空氣中甲醛、總揮發(fā)性有機(jī)物(TVOC)等污染物的濃度超標(biāo)，對(duì)人們的身體健康產(chǎn)生了影響。各種室內(nèi)空氣污染物對(duì)人體的毒性作用涉及到咽、鼻、喉等多個(gè)呼吸器官和神經(jīng)、呼吸、免疫等多個(gè)系統(tǒng)。世界衛(wèi)生組織也在《2002年世界衛(wèi)生報(bào)告》中明確將室內(nèi)空氣污染列為人類健康的十大威脅之一[1-3]。目前，室內(nèi)空氣污染的凈化方法有通風(fēng)法、植物凈化法、微生物法、物理化學(xué)吸附法、催化法和等離子體法等[4-8]。

低溫等離子體中存在高能電子、激發(fā)態(tài)粒子及活性基團(tuán)等，其被越來越多地應(yīng)用于空氣凈化等領(lǐng)域。Yuan等采用電暈放電結(jié)合催化和物理吸附技術(shù)。結(jié)果表明，電暈放電可以有效地去除甲醛，二氧化錳的加入不僅可以加速降解速率，而且解決了臭氧過量的問題[9]。唐愛民等利用自制的電暈-介質(zhì)阻擋協(xié)同放電低溫等離子體降解大流量甲苯廢氣，得到甲苯氣體降解率為94.93%，能量效率為0.63 g·(kW·h)-1[10]。

然而電暈放電為局部放電，等離子體密度較小。電弧放電放電電流大，放電通道收縮。輝光放電放電面積較大，等離子體密度較高，因此其具有很好的應(yīng)用前景的。在一般情況下，輝光放電等離子體多在低氣壓或稀有氣體環(huán)境下生成。通過介質(zhì)阻擋放電抑制二次電子的產(chǎn)生，在氦等稀有氣體中相對(duì)容易產(chǎn)生大氣壓輝光放電等離子體[11-13]。而在大氣壓空氣環(huán)境下，由于電子平均自由程短、電極間電壓高，放電很容易轉(zhuǎn)變?yōu)榻z狀放電。目前，一些研究小組在大氣壓條件下，利用介質(zhì)阻擋方式對(duì)輝光放電的形成進(jìn)行了研究。Gherardi等人在氮?dú)猸h(huán)境下發(fā)現(xiàn)，大量的種子電子的提供是形成輝光放電的前提[14]。清華大學(xué)的王新新等利用數(shù)值模擬計(jì)算了特定實(shí)驗(yàn)條件下的介質(zhì)阻擋放電氣隙中的電子崩發(fā)展過程。表明在2 mm以下的氣隙中可能實(shí)現(xiàn)輝光放電，在5 mm以上的氣隙中實(shí)現(xiàn)大氣壓空氣輝光放電的關(guān)鍵在于降低放電電場(chǎng)強(qiáng)度[15]。Fang等人通過改變阻擋層的布置，在電極和PET膜之間插入額外的細(xì)絲網(wǎng)，在工頻高壓下得到了大氣壓空氣輝光放電[16]。Asilevi等開發(fā)了一種實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，產(chǎn)生了增強(qiáng)型大氣非熱等離子體來去除低濃度甲醛，去除率可達(dá)到99%[17]。但是大多數(shù)研究仍存在放電間隙較小、極間電壓較高的問題。

劉文正等在前期研究中，采用接觸式電極結(jié)構(gòu)構(gòu)造了非均勻分布的空間電場(chǎng)，在較低放電電壓條件下實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的大氣壓空氣輝光放電[18-19]。并且，利用碳纖維材料形成了碳纖維接觸式電極結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的大氣壓空氣輝光放電[20-21]。在本文中，進(jìn)一步提出了碳纖維螺旋電極與網(wǎng)狀電極的交直流耦合放電模式。一方面，利用碳纖維螺旋電極結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在內(nèi)電極絕緣層的表面形成了一定面積的交流輝光放電。另一方面，利用了交流放電產(chǎn)生的種子電子，在碳纖維螺旋電極與網(wǎng)狀電極之間，形成了直流輝光放電。并利用生成的等離子體進(jìn)行了室內(nèi)空氣凈化實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，包括高頻交流電源、恒直流高壓電源、電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)和放電電極。自制高頻交流電源輸出波形為正弦波，其可輸出的頻率范圍為6～15 kHz，可輸出的交流電壓最大值范圍為0～4 kV。恒直流高壓電源輸出電壓范圍為2～30 kV。測(cè)量系統(tǒng)主要包括用于測(cè)量交、直流放電電極間電壓U的Tektronix高壓探頭P6015A，用于測(cè)量放電電流I的Tektronix電壓探頭TPP0101和100 Ω測(cè)量電阻以及用于記錄電壓電流波形的泰克數(shù)字示波器TDS1012B-SC。另外，在直流放電回路中串聯(lián)了一個(gè)阻值為2 MΩ的限流電阻，用于防止產(chǎn)生電弧放電。使用帶微距鏡頭的尼康D750數(shù)碼相機(jī)對(duì)放電現(xiàn)象進(jìn)行拍照記錄。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.1 The schematic diagram of experimental system

放電電極結(jié)構(gòu)如圖2所示。放電電極主要包括碳纖維螺旋電極和網(wǎng)狀電極。碳纖維螺旋電極由內(nèi)電極、絕緣層和碳纖維電極組成。內(nèi)電極為直徑1.2 mm的鍍銀銅絲，絕緣層為厚度0.2 mm的聚四氟乙烯。碳纖維電極采用規(guī)格為1 K，單絲直徑為7 μm的碳纖維束，將其以3 mm螺距緊密纏繞在絕緣層表面。網(wǎng)狀電極為孔徑2 mm、孔中心間距3 mm的沖孔金屬網(wǎng)。兩電極間距L為5 mm。在實(shí)驗(yàn)過程中，高頻交流電源的高壓端連接內(nèi)電極，碳纖維電極接地，恒直流高壓電源的高壓端連接網(wǎng)狀電極。

圖2 放電電極結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 The schematic diagram of discharge electrode structure

2 碳纖維螺旋電極結(jié)構(gòu)的特征

本節(jié)利用ANSYS Electronics仿真軟件首先分析了碳纖維螺旋電極結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布，然后對(duì)其放電特性進(jìn)行了討論。

2.1 單根碳纖維螺旋電極結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布

采用靜電場(chǎng)模型對(duì)電極結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)進(jìn)行仿真。在仿真中，電極的尺寸按照上述放電電極具體尺寸，其中將碳纖維電極近似為一束寬1 mm、厚0.2 mm的帶狀結(jié)構(gòu)。仿真區(qū)域?qū)ⅰ癙ercentage Offset”設(shè)置每個(gè)方向均為1000%，邊界條件為默認(rèn)邊界條件。由于在實(shí)驗(yàn)中施加的電壓為交流±1.8 kV。因此，在仿真中內(nèi)電極采用的電位為1.8 kV。

碳纖維螺旋電極的電場(chǎng)分布如圖3所示。在絕緣層中存在的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域不發(fā)生放電現(xiàn)象，需要探討的是絕緣層外部空間電場(chǎng)。由圖3(a)可以看出，碳纖維電極周圍存在強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域。在絕緣層表面，碳纖維電極邊緣的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，達(dá)到1.56×107V·m-1；在螺距間中心處電場(chǎng)強(qiáng)度最小，為1.96×106V·m-1。整個(gè)碳纖維螺旋電極被厚度約為0.3 mm的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域包裹，其電場(chǎng)強(qiáng)度大于1×106V·m-1?？梢灶A(yù)見的是，隨著一個(gè)周期內(nèi)交流電壓的增大，碰撞電離首先在接觸點(diǎn)處發(fā)生，電離產(chǎn)生的帶電粒子向周圍擴(kuò)散，為電場(chǎng)相對(duì)較弱的區(qū)域提供種子電子，促進(jìn)較弱電場(chǎng)區(qū)域的碰撞電離。最終使整個(gè)碳纖維螺旋電極表面產(chǎn)生輝光放電。圖3(b)為電極的電場(chǎng)線分布圖。因在內(nèi)電極上施加+1.8 kV電位，所以電場(chǎng)線都是從內(nèi)電極出發(fā)，到達(dá)碳纖維電極表面，整個(gè)碳纖維螺旋電極被電場(chǎng)線包裹。而且，有一些電場(chǎng)線指向碳纖維螺旋電極外側(cè)，這有利于強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子向外彌散。這種非均勻電場(chǎng)線的路徑為輝光放電的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。

(a)電場(chǎng)強(qiáng)度分布 (b)電場(chǎng)線分布圖3 碳纖維螺旋電極的電場(chǎng)分布Fig.3 Electric field distribution of carbon fiber spiral electrode

2.2 單根碳纖維螺旋電極結(jié)構(gòu)的放電特性

圖4為大氣壓空氣中碳纖維螺旋電極的放電現(xiàn)象及電壓電流波形。放電現(xiàn)象在曝光時(shí)間1/15 s，感光度3200下拍攝。

圖4 碳纖維螺旋電極的放電現(xiàn)象及電壓電流波形Fig.4 Discharge phenomenon and voltage-current waveforms of carbon fiber spiral electrode

當(dāng)電壓為1 kV時(shí)，放電出現(xiàn)在碳纖維電極兩側(cè)附近；當(dāng)電壓為1.8 kV時(shí)，如圖4(a)所示，除碳纖維電極表面，全部絕緣層表面都呈現(xiàn)出淺藍(lán)色的輝光放電。圖4(b)為放電時(shí)的電壓電流。電壓波形為頻率13 kHz、幅值1.8 kV的正弦交流波形。因?yàn)樘祭w維螺旋電極為容性負(fù)載，所以電流波形中存在容性電流，且在每半個(gè)周期內(nèi)有多個(gè)電流脈沖。這是由于在介質(zhì)阻擋放電過程中，絕緣層表面吸附電子后會(huì)形成與外加電場(chǎng)相反的電場(chǎng)，從而終止放電，形成斷續(xù)脈沖型放電過程，放電在時(shí)間上是不連續(xù)的。而且該電極結(jié)構(gòu)形成的是非均勻電場(chǎng)，其會(huì)導(dǎo)致在不同區(qū)域的放電強(qiáng)度并不相同，放電在空間上也是不均勻的。因此，在周期變化的波形基礎(chǔ)上出現(xiàn)的脈沖電流為放電電流。由于圖4(b)中的脈沖電流幅值為mA級(jí)，說明放電空間中并沒有形成等離子體密度很高的放電通道，且在圖4(a)中沒有觀察到發(fā)光明亮的細(xì)絲，放電現(xiàn)象呈現(xiàn)出彌散的特征，可以認(rèn)為是輝光放電[21]。

3 交直流耦合電極結(jié)構(gòu)的特征

本節(jié)針對(duì)交直流耦合電極結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布進(jìn)行分析，并通過實(shí)驗(yàn)研究討論了其放電特性。

3.1 交直流耦合電極結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布特征

交直流耦合電極結(jié)構(gòu)如圖2所示。網(wǎng)狀電極上施加的電位為+7 kV，碳纖維電極接地，內(nèi)電極分別施加+1.8和-1.8 kV電位，得到的電場(chǎng)分布如圖5所示。

(a)+1.8 kV (b)-1.8 kV圖5 內(nèi)電極不同電位時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布Fig.5 Electric field intensity distribution at different potentials of inner electrode

如圖5(a)所示，當(dāng)內(nèi)電極電位為+1.8 kV時(shí)，與圖3(a)相比，碳纖維電極近旁強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域擴(kuò)大，最強(qiáng)電場(chǎng)仍在碳纖維與絕緣介質(zhì)接觸處，達(dá)到1.34×107V·m-1。在碳纖維螺距之間的電場(chǎng)強(qiáng)度下降，最小為2.1×105V·m-1。在碳纖維螺旋電極與網(wǎng)狀電極之間的區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度整體維持在8.58×105V·m-1以上。如圖5(b)所示，在內(nèi)電極電位為-1.8 kV時(shí)，碳纖維螺距之間的電場(chǎng)強(qiáng)度有很大提高，最小為4.91×106V·m-1。由于內(nèi)電極與網(wǎng)狀電極之間的電位差增大，可以看到碳纖維螺旋電極與網(wǎng)狀電極之間的區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度也進(jìn)一步提高，整體維持在1×106V·m-1以上。

當(dāng)網(wǎng)狀電極施加-7 kV電位，內(nèi)電極電位為+1.8 kV時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度分布與圖5(b)相同；內(nèi)電極電位為-1.8 kV時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度分布與圖5(a)相同。但是，在網(wǎng)狀電極分別施加+7和-7 kV電位，內(nèi)電極電位保持+1.8 kV不變時(shí)，在網(wǎng)狀電極與碳纖維螺旋電極間的電場(chǎng)線方向不同，如圖6所示。

(a)+7 kV (b)-7 kV圖6 網(wǎng)狀電極不同電位時(shí)的電場(chǎng)線分布Fig.6 Distribution of electric field lines at different potentials of mesh electrodes

從圖6可以看出，當(dāng)網(wǎng)狀電極施加+7 kV電位時(shí)，電場(chǎng)線由網(wǎng)狀電極指向碳纖維螺旋電極，有利于交流放電產(chǎn)生的電子向空間漂移。反之，當(dāng)網(wǎng)狀電極施加-7 kV電位時(shí)，電場(chǎng)線由碳纖維螺旋電極指向網(wǎng)狀電極，不利于交流放電產(chǎn)生的電子向空間漂移。另一方面，從圖6(a)可以看出，在碳纖維螺距處存在由內(nèi)電極指向碳纖維電極的電場(chǎng)線，使得整個(gè)絕緣層表面易于吸附電子。反之，圖6(b)所示電場(chǎng)線使得放電產(chǎn)生的電子被壓制在碳纖維電極附近，使得電子無法向周圍擴(kuò)散，對(duì)交、直流放電均產(chǎn)生不利的影響。

3.2 交直流耦合電極的放電特性

當(dāng)交流電壓為1.8 kV、直流電壓為+7 kV時(shí)，曝光時(shí)間1 s，感光度6400的放電照片如圖7所示。

由圖7(a)可以看出，在碳纖維螺旋電極上產(chǎn)生了彌散的輝光放電，同時(shí)在直流放電空間內(nèi)，每個(gè)碳纖維電極螺距內(nèi)都和網(wǎng)狀電極形成了大面積彌散的放電，且沒有明亮的放電細(xì)絲產(chǎn)生。圖7(b)為放電時(shí)的電壓電流波形。從圖中可以看到，相比圖4(b)，電流脈沖幅值明顯增加，但仍處于mA量級(jí)，沒有形成較強(qiáng)的放電通道。因此該放電為輝光放電。網(wǎng)狀電極施加正極性直流，不僅增強(qiáng)了碳纖維螺旋電極表面的放電強(qiáng)度，也使交流放電產(chǎn)生的電子向空間中漂移，使直流放電空間內(nèi)產(chǎn)生了彌散型輝光放電。

圖7 交直流耦合電極的放電現(xiàn)象及電壓電流波形Fig.7 Discharge phenomenon and voltage-current waveforms of AC-DC coupled electrodes

4 室內(nèi)空氣凈化

本節(jié)設(shè)計(jì)了一種空氣凈化裝置，并對(duì)比了不同放電模式和不同風(fēng)速條件下的室內(nèi)空氣凈化效果。

4.1 空氣凈化裝置及實(shí)驗(yàn)方法

空氣凈化裝置如圖8所示。放電電極包括兩組交直流耦合電極，每組交直流耦合電極由10根長(zhǎng)100 mm的碳纖維螺旋電極及一個(gè)面積為100 mm×100 mm的網(wǎng)狀電極構(gòu)成。碳纖維螺旋電極與網(wǎng)狀電極間的間距為5 mm。垂直于紙面布置的相鄰兩根碳纖維螺旋電極間的間距為8 mm。兩組電極之間的間距為10 mm。前后兩列碳纖維螺旋電極在豎直方向相錯(cuò)約3 mm。放電電極放入一個(gè)橫截面積為100 mm×100 mm的風(fēng)道，其作用是限制空氣凈化裝置每次只處理通過循環(huán)風(fēng)扇引入的被污染空氣，并從風(fēng)道后方排出處理后的空氣進(jìn)入室內(nèi)，降低室內(nèi)污染物濃度。之后再重復(fù)此過程，從而達(dá)到循環(huán)處理室內(nèi)污染空氣的目的。

在自行搭建的1 m3的實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)進(jìn)行空氣凈化實(shí)驗(yàn)，如圖9所示。實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)包含攪拌風(fēng)扇、循環(huán)風(fēng)扇、空氣凈化裝置以及空氣綜合檢測(cè)儀。攪拌風(fēng)扇用于充分混合艙內(nèi)污染物與空氣。循環(huán)風(fēng)扇用于將艙內(nèi)空氣通入空氣凈化裝置風(fēng)道內(nèi)。采用型號(hào)為Sensology MEF-500的空氣綜合檢測(cè)儀對(duì)甲醛、TVOC和細(xì)顆粒物的濃度進(jìn)行監(jiān)控，其甲醛的測(cè)量精度為0.001 mg·m-3，最大量程為2.5 mg·m-3；TVOC的測(cè)量精度為0.001 mg·m-3，最大量程為9.959 mg·m-3；細(xì)顆粒物的測(cè)量精度為1 μg·m-3，最大量程為999 μg·m-3。采用香煙產(chǎn)生甲醛、TVOC和細(xì)顆粒物等污染物。在實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)每次實(shí)驗(yàn)點(diǎn)燃一支香煙，并開啟攪拌風(fēng)扇使污染物與空氣充分混合。待香煙充分燃燒完成10 min后關(guān)閉攪拌風(fēng)扇。靜置混合氣體10 min后，作為測(cè)定各污染物的時(shí)間起點(diǎn)t=0 min，并記錄初始濃度c0。之后開啟循環(huán)風(fēng)扇及空氣凈化裝置開始實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，每5 min采集1次數(shù)據(jù)，采樣時(shí)間為60 min。

(a)空氣凈化裝置立體圖

(b)空氣凈化裝置側(cè)視圖圖8 空氣凈化裝置示意圖Fig.8 The schematic diagram of air purification device

圖9 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖Fig.9 Schematic diagram of the experimental platform

統(tǒng)計(jì)污染物濃度隨時(shí)間的變化，根據(jù)公式(1)可計(jì)算得出污染物的衰減常數(shù)。計(jì)算公式如下

ct=c0e-kt

(1)

式中，ct為在時(shí)間t時(shí)的濃度；c0為在t=0時(shí)的初始濃度；k為衰減常數(shù)；t為時(shí)間。

4.2 空氣凈化效果

首先對(duì)實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)空氣中的甲醛自然衰減過程進(jìn)行了測(cè)量。圖10為甲醛自然衰減曲線。

t/min圖10 甲醛自然衰減曲線Fig.10 Natural decay curve of formaldehyde

在60 min內(nèi)甲醛濃度從1.145衰減到1.056 mg·m-3，總量?jī)H衰減了約7.77%，自衰減常數(shù)為0.001 44。

在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)比了兩種不同放電模式的空氣凈化效果。交流放電模式為只在碳纖維螺旋電極施加1.8 kV交流電壓，網(wǎng)狀電極接地。放電現(xiàn)象如圖4(a)所示。交直流耦合放電模式為在碳纖維螺旋電極施加1.8 kV交流電壓的同時(shí)，在網(wǎng)狀電極施加+7 kV直流電壓。放電現(xiàn)象如圖7(a)所示。圖11為在風(fēng)速1.2 m·s-1時(shí)甲醛及TVOC的處理效果圖。

從中可以看出，相比交流放電模式，使用交直流耦合放電模式，對(duì)甲醛和TVOC的處理效果都有明顯提高。在只有交流放電的模式下，甲醛濃度從1.226 mg·m-3降為0所用時(shí)間為約55 min，衰減常數(shù)約為0.051 27；在交直流耦合放電模式下，甲醛濃度從1.016 mg·m-3降為0所用時(shí)間為約40 min，衰減常數(shù)約為0.062 11。對(duì)于TVOC，在交流放電模式下，60 min內(nèi)其濃度從9.959降到1.340 mg·m-3，去除約86.54%，衰減常數(shù)為0.034 7；在交直流耦合放電模式下，60 min內(nèi)其濃度從9.959 mg·m-3降到0.362 mg·m-3，去除約96.37%，衰減常數(shù)為0.05457。甲醛凈化實(shí)驗(yàn)中，甲醛濃度先上升后下降。其原因在于香煙燃燒過程中，電極上的碳纖維會(huì)吸附一部分甲醛。當(dāng)循環(huán)風(fēng)扇開啟后，這部分甲醛會(huì)在氣流的作用下從碳纖維中釋放出來，使得空氣中甲醛濃度有一定程度的上升。

t/min(a)甲醛

t/min(b)TVOC圖11 不同放電模式下甲醛及TVOC處理效果Fig.11 Formaldehyde and TVOC treatment effects in different discharge modes

圖12為在交直流耦合放電模式下，不同風(fēng)速時(shí)的甲醛及TVOC處理效果。從圖中可以看出，風(fēng)速較小時(shí)，甲醛及TVOC濃度的下降速度都有所降低。當(dāng)風(fēng)速為0.7 m·s-1時(shí)，甲醛濃度從1.078 mg·m-3降低到0所用時(shí)間約為40 min，衰減常數(shù)約為0.052 15。TVOC在60 min內(nèi)濃度從9.959 mg·m-3降低到1.211 mg·m-3，去除約87.84%，衰減常數(shù)約為0.035 05。風(fēng)速較小時(shí)，空氣進(jìn)入到空氣凈化裝置中的流量減少，需要更多的循環(huán)次數(shù)才能將污染物去除。因此，在凈化裝置空氣凈化能力一定的情況下，適當(dāng)提高風(fēng)速有利于提高凈化效率。

由于采用交直流耦合放電可以使空氣中的細(xì)顆粒物在通過放電區(qū)域時(shí)帶電，并且在直流電場(chǎng)的作用下附著在網(wǎng)狀電極表面，使空氣凈化裝置具有了去除細(xì)顆粒物的能力。

圖13為在交直流耦合放電模式下，風(fēng)速1.2 m·s-1時(shí)的細(xì)顆粒物處理效果。從圖中可以看出，在35 min內(nèi)，細(xì)顆粒物濃度由999 μg·m-3下降到0，衰減常數(shù)為0.133 39。

t/min(a)甲醛

t/min(b)TVOC圖12 不同風(fēng)速下甲醛及TVOC處理效果Fig.12 Formaldehyde and TVOC treatment effects under different wind speed conditions

t/min圖13 細(xì)顆粒物處理效果Fig.13 Treatment effect of fine particles

5 結(jié)論

本文基于碳纖維螺旋電極，提出了一種交直流耦合電極結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了大氣壓空氣中彌散的輝光放電。并通過仿真、實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)，研究了該電極結(jié)構(gòu)的放電特性和室內(nèi)空氣凈化效果。具體結(jié)論如下。

(1)采用碳纖維束緊密纏繞形成的碳纖維螺旋電極結(jié)構(gòu)，在整個(gè)電極表面產(chǎn)生了包裹性的非均勻電場(chǎng)。在1.8 kV交流電壓下形成了彌散的輝光放電。

(2)利用碳纖維螺旋電極與網(wǎng)電極構(gòu)成交直流耦合電極。通過交流放電，為直流放電區(qū)域提供種子電子，降低了放電電壓。在1.8 kV交流電壓、+7 kV直流電壓的條件下，產(chǎn)生了彌散的大面積輝光放電等離子體。

(3)采用交直流耦合電極，設(shè)計(jì)制作了空氣凈化裝置。在交直流耦合放電模式下，凈化裝置具有處理甲醛、TVOC和細(xì)顆粒物的能力。在風(fēng)速為1.2 m·s-1的條件下，甲醛、TVOC和細(xì)顆粒物分別在40 min、60 min和35 min內(nèi)降到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)濃度以下。