Исследование влияния неоднородности разрядного промежутка на параметры генератора озона
Ключевые слова:
генератор озона, озонатор, неоднородный разрядный промежуток, моделирование, резонансная частота
Аннотация
В статье приведены результаты моделирования резонансной цепи питания генераторов озона с неоднородным разрядным промежутком. Рассмотрены принципиальные виды неоднородности газового зазора генератора озона, определяемые типом отклонения коаксиальной системы электродов от соосности или самих электродов от цилиндрической формы. Найдены плотности распределения разрядного промежутка по площади электродов в зависимости от типа неоднородности газового зазора. Показано, что генератор озона с неоднородным разрядным промежутком является нелинейным элементом цепи, эффективное значение емкости которого зависит от напряжения на его электродах. Получены резонансные кривые генератора озона с различными типами неоднородности газового зазора. Установлено, что резонансная частота в цепи питания озонатора в целом определяется емкостью диэлектрика, а резонансная амплитуда напряжения на электродах генератора озона не связана с омическим сопротивлением цепи питания. Показана зависимость резонансной частоты системы «источник питания – генератор озона» от степени неоднородности газового зазора. Приведены результаты сравнения значений тока и напряжения на электродах генератора озона, полученных экспериментально и с помощью моделирования. Показано, что экспериментальные и моделируемые значения тока и напряжения находятся в согласии только при учете неоднородности разрядного промежутка.
Литература
1. Лунин В.В. и др. Теория и практика получения и применения озона. М.: Изд-во Московского университета, 2016, 416 с.
2. Самойлович В.Г., Гибалов В.И., Козлов К.В. Физическая химия барьерного разряда. М.: Изд-во МГУ, 1989, 176 с.
3. Темников А.Г. и др. Электрофизические основы техники высоких напряжений. М.: Изд-во МЭИ, 2018, 540 с.
4. Лысов Н.Ю. и др. Оценка влияния неравномерности газового зазора на характеристики объемного барьерного разряда. – Электричество, 2020, № 4, с. 25–34.
5. Lysov N.Y. et al. The Effect of Discharge Gap Nonuniformity on the Energy Characteristics of a Barrier Ozone Generator. – Russian Electrical Engineering, 2021, 92(8), pp. 463–467.
6. Гибалов В.И., Питч Г. Численное моделирование формирования и развития канала микроразряда. – Журнал физической химии, 1994, т. 68, № 65, с. 931–938.
7. Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона. М.: Изд-во Московского университета, 1987, 237 с.
8. Manley T.C. The Electric Characteristics of the Ozonator Discharge. – Transactions of the Electrochemical Society, 1943, 84, pp. 83–96, DOI:10.1149/1.3071556.
9. Емельянов Ю.М., Филиппов Ю.В. Физико-химические исследования синтеза озона и принципы конструирования озонаторов. – Журнал физической химии, 1957, т. 31, № 7, с. 1628–1635.
10. Филиппов Ю.В., Емельянов Ю.М. Электрическая теория озонаторов, I. Статические вольтамперные характеристики озонаторов. – Журнал физической химии, 1958, т. 32, № 12, с. 2817–2823.
11. Dong L.F. et al. Concentric-Roll Pattern in a Dielectric Barrier Discharge in Air. – Physics of Plasma, 2010, 17(8):082302-082302-5, DOI:10.1063/1.3466854
12. Zhi Yu L. et al. A Non-Equal Gap Distance Dielectric Barrier Discharge: between a Wedge-Shaped and a Plane-Shaped Electrode. – Plasma Sources Science and Technology, 2021, 30(6), DOI:10.1088/1361-6595/ac02b1.
13. Jin Sh. et al. A non‐Equal Gap Distance Dielectric Barrier Discharge: Between Cone-Shape and Cylinder-Shape Electrodes. – High Voltage, 2021, 7(2), DOI: 10.1049/hve2.12126.
14. Zhang Y.F. et al. Characteristics of the Discharge and Ozone Generation in Oxygen Fed Coaxial DBD Using an Amplitude Modulated AC Power Supply. – Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2018, 38(11), pp. 1199–1208, DOI:10.1007/s11090-018-9922-2.
15. Brandenburg R. Dielectric Barrier Discharges: Progress on Plasma Sources and on the Understanding of Regimes and Single Filaments. – Plasma Sources Science and Technology, 2017, 26(5), DOI:10.1088/1361-6595/aa6426.
16. Paschen F. Ueber die zum Funkenübergang in Luft, Wasserstoff und Kohlensäure bei verschiedenen Drucken erforderliche Potentialdifferenz. – Annalen der Physik und Chemie Magazine, 1889, 273(5), 69–96.
---
Работа выполнена в рамках проекта «Моделирование процессов синтеза озона в барьерных озонаторах для систем водоподготовки объектов распределенной энергетики» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» на реализацию программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2022–2024 гг.
#
1. Lunin V.V. et al. Teoriya i praktika polucheniya i primeneniya ozona (Theory and Practice of Ozone Production and Application). M.: Izd-vo Moskovskogo universiteta, 2016, 416 p.
2. Samoylovich V.G., Gibalov V.I., Kozlov K.V. Fizicheskaya himiya bar'ernogo razryada (Physical Chemistry of Barrier Discharge). М.: Izd-vo МGU, 1989, 176 p.
3. Temnikov A.G. et al. Elektrofizicheskiye osnovy tekhniki vysokih napryazheniy (Electrophysical Foundations of High Voltage Engineering). М.: Izd-vo МEI, 2018, 540 p.
4. Lysov N.Yu. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 4, pp. 25–34.
5. Lysov N.Yu. et al. The Effect of Discharge Gap Nonuniformity on the Energy Characteristics of a Barrier Ozone Generator. – Russian Electrical Engineering, 2021, 92(8), pp. 463–467.
6. Gibalov V.I., Pitch G. Zhurnal fizicheskoy himii – in Russ. (Journal of Physical Chemistry), 1994, vol. 68, No. 65, pp. 931–938.
7. Filippov Yu.V., Voblikova V.A., Panteleev V.I. Elektrosintez ozona (Electrosynthesis of Ozone). М.: Izd-vo Moskovskogo universiteta, 1987, 237 p.
8. Manley T.C. The Electric Characteristics of the Ozonator Discharge. – Transactions of the Electrochemical Society, 1943, 84, pp. 83–96, DOI:10.1149/1.3071556.
9. Emel'yanov Yu.M., Filippov Yu.V. Zhurnal fizicheskoy himii – in Russ. (Journal of Physical Chemistry), 1957, vol. 31, No. 7, pp. 1628–1635.
10. Filippov Yu.V., Emel'yanov Yu.M. Zhurnal fizicheskoy himii – in Russ. (Journal of Physical Chemistry), 1958, vol. 32, No. 12, pp. 2817–2823.
11. Dong L.F. et al. Concentric-Roll Pattern in a Dielectric Barrier Discharge in Air. – Physics of Plasma, 2010, 17(8):082302-082302-5, DOI:10.1063/1.3466854
12. Zhi Yu L. et al. A Non-Equal Gap Distance Dielectric Barrier Discharge: between a Wedge-Shaped and a Plane-Shaped Electrode. – Plasma Sources Science and Technology, 2021, 30(6), DOI:10.1088/1361-6595/ac02b1.
13. Jin Sh. et al. A non‐Equal Gap Distance Dielectric Barrier Discharge: Between Cone-Shape and Cylinder-Shape Electrodes. – High Voltage, 2021, 7(2), DOI: 10.1049/hve2.12126.
14. Zhang Y.F. et al. Characteristics of the Discharge and Ozone Generation in Oxygen Fed Coaxial DBD Using an Amplitude Modulated AC Power Supply. – Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2018, 38(11), pp. 1199–1208, DOI:10.1007/s11090-018-9922-2.
15. Brandenburg R. Dielectric Barrier Discharges: Progress on Plasma Sources and on the Understanding of Regimes and Single Filaments. – Plasma Sources Science and Technology, 2017, 26(5), DOI:10.1088/1361-6595/aa6426.
16. Paschen F. Ueber die zum Funkenübergang in Luft, Wasserstoff und Kohlensäure bei verschiedenen Drucken erforderliche Potentialdifferenz. – Annalen der Physik und Chemie Magazine, 1889, 273(5), 69–96
---
The research was financially supported by the National Research University "Moscow Power Engineering Institute", grant for implementation of the scientific research program "Priority 2030: Technologies of the Future" in 2022–2024.
2. Самойлович В.Г., Гибалов В.И., Козлов К.В. Физическая химия барьерного разряда. М.: Изд-во МГУ, 1989, 176 с.
3. Темников А.Г. и др. Электрофизические основы техники высоких напряжений. М.: Изд-во МЭИ, 2018, 540 с.
4. Лысов Н.Ю. и др. Оценка влияния неравномерности газового зазора на характеристики объемного барьерного разряда. – Электричество, 2020, № 4, с. 25–34.
5. Lysov N.Y. et al. The Effect of Discharge Gap Nonuniformity on the Energy Characteristics of a Barrier Ozone Generator. – Russian Electrical Engineering, 2021, 92(8), pp. 463–467.
6. Гибалов В.И., Питч Г. Численное моделирование формирования и развития канала микроразряда. – Журнал физической химии, 1994, т. 68, № 65, с. 931–938.
7. Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтез озона. М.: Изд-во Московского университета, 1987, 237 с.
8. Manley T.C. The Electric Characteristics of the Ozonator Discharge. – Transactions of the Electrochemical Society, 1943, 84, pp. 83–96, DOI:10.1149/1.3071556.
9. Емельянов Ю.М., Филиппов Ю.В. Физико-химические исследования синтеза озона и принципы конструирования озонаторов. – Журнал физической химии, 1957, т. 31, № 7, с. 1628–1635.
10. Филиппов Ю.В., Емельянов Ю.М. Электрическая теория озонаторов, I. Статические вольтамперные характеристики озонаторов. – Журнал физической химии, 1958, т. 32, № 12, с. 2817–2823.
11. Dong L.F. et al. Concentric-Roll Pattern in a Dielectric Barrier Discharge in Air. – Physics of Plasma, 2010, 17(8):082302-082302-5, DOI:10.1063/1.3466854
12. Zhi Yu L. et al. A Non-Equal Gap Distance Dielectric Barrier Discharge: between a Wedge-Shaped and a Plane-Shaped Electrode. – Plasma Sources Science and Technology, 2021, 30(6), DOI:10.1088/1361-6595/ac02b1.
13. Jin Sh. et al. A non‐Equal Gap Distance Dielectric Barrier Discharge: Between Cone-Shape and Cylinder-Shape Electrodes. – High Voltage, 2021, 7(2), DOI: 10.1049/hve2.12126.
14. Zhang Y.F. et al. Characteristics of the Discharge and Ozone Generation in Oxygen Fed Coaxial DBD Using an Amplitude Modulated AC Power Supply. – Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2018, 38(11), pp. 1199–1208, DOI:10.1007/s11090-018-9922-2.
15. Brandenburg R. Dielectric Barrier Discharges: Progress on Plasma Sources and on the Understanding of Regimes and Single Filaments. – Plasma Sources Science and Technology, 2017, 26(5), DOI:10.1088/1361-6595/aa6426.
16. Paschen F. Ueber die zum Funkenübergang in Luft, Wasserstoff und Kohlensäure bei verschiedenen Drucken erforderliche Potentialdifferenz. – Annalen der Physik und Chemie Magazine, 1889, 273(5), 69–96.
---
Работа выполнена в рамках проекта «Моделирование процессов синтеза озона в барьерных озонаторах для систем водоподготовки объектов распределенной энергетики» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» на реализацию программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2022–2024 гг.
#
1. Lunin V.V. et al. Teoriya i praktika polucheniya i primeneniya ozona (Theory and Practice of Ozone Production and Application). M.: Izd-vo Moskovskogo universiteta, 2016, 416 p.
2. Samoylovich V.G., Gibalov V.I., Kozlov K.V. Fizicheskaya himiya bar'ernogo razryada (Physical Chemistry of Barrier Discharge). М.: Izd-vo МGU, 1989, 176 p.
3. Temnikov A.G. et al. Elektrofizicheskiye osnovy tekhniki vysokih napryazheniy (Electrophysical Foundations of High Voltage Engineering). М.: Izd-vo МEI, 2018, 540 p.
4. Lysov N.Yu. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 4, pp. 25–34.
5. Lysov N.Yu. et al. The Effect of Discharge Gap Nonuniformity on the Energy Characteristics of a Barrier Ozone Generator. – Russian Electrical Engineering, 2021, 92(8), pp. 463–467.
6. Gibalov V.I., Pitch G. Zhurnal fizicheskoy himii – in Russ. (Journal of Physical Chemistry), 1994, vol. 68, No. 65, pp. 931–938.
7. Filippov Yu.V., Voblikova V.A., Panteleev V.I. Elektrosintez ozona (Electrosynthesis of Ozone). М.: Izd-vo Moskovskogo universiteta, 1987, 237 p.
8. Manley T.C. The Electric Characteristics of the Ozonator Discharge. – Transactions of the Electrochemical Society, 1943, 84, pp. 83–96, DOI:10.1149/1.3071556.
9. Emel'yanov Yu.M., Filippov Yu.V. Zhurnal fizicheskoy himii – in Russ. (Journal of Physical Chemistry), 1957, vol. 31, No. 7, pp. 1628–1635.
10. Filippov Yu.V., Emel'yanov Yu.M. Zhurnal fizicheskoy himii – in Russ. (Journal of Physical Chemistry), 1958, vol. 32, No. 12, pp. 2817–2823.
11. Dong L.F. et al. Concentric-Roll Pattern in a Dielectric Barrier Discharge in Air. – Physics of Plasma, 2010, 17(8):082302-082302-5, DOI:10.1063/1.3466854
12. Zhi Yu L. et al. A Non-Equal Gap Distance Dielectric Barrier Discharge: between a Wedge-Shaped and a Plane-Shaped Electrode. – Plasma Sources Science and Technology, 2021, 30(6), DOI:10.1088/1361-6595/ac02b1.
13. Jin Sh. et al. A non‐Equal Gap Distance Dielectric Barrier Discharge: Between Cone-Shape and Cylinder-Shape Electrodes. – High Voltage, 2021, 7(2), DOI: 10.1049/hve2.12126.
14. Zhang Y.F. et al. Characteristics of the Discharge and Ozone Generation in Oxygen Fed Coaxial DBD Using an Amplitude Modulated AC Power Supply. – Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2018, 38(11), pp. 1199–1208, DOI:10.1007/s11090-018-9922-2.
15. Brandenburg R. Dielectric Barrier Discharges: Progress on Plasma Sources and on the Understanding of Regimes and Single Filaments. – Plasma Sources Science and Technology, 2017, 26(5), DOI:10.1088/1361-6595/aa6426.
16. Paschen F. Ueber die zum Funkenübergang in Luft, Wasserstoff und Kohlensäure bei verschiedenen Drucken erforderliche Potentialdifferenz. – Annalen der Physik und Chemie Magazine, 1889, 273(5), 69–96
---
The research was financially supported by the National Research University "Moscow Power Engineering Institute", grant for implementation of the scientific research program "Priority 2030: Technologies of the Future" in 2022–2024.
