1 南京工业大学 机械与动力工程学院，南京 211816
2 南京工业大学 电气工程与控制科学学院，南京 211816
过度使用抗生素导致的水污染，对自然环境和人类健康造成了重大威胁。低温等离子体作为一种绿色环保的高级氧化技术，被认为是一种最具前景的抗生素降解方法之一，然而在降解效率和能量效率方面还有待进一步提高。利用纳秒脉冲放电激励针-水结构气液放电，获得了一种能产生高活性等离子体的瞬态火花模式放电，并应用于水中四环素降解，研究了脉冲电压、频率、初始浓度、初始pH值等参数对四环素降解的影响，结果表明初始浓度50 mg/L，脉冲电压9 kV、频率2 kHz，初始pH值为中性的条件下四环素的降解率最高，处理时间10 min时降解率达到了91.6%，能量效率和每阶电能分别为0.165 g·kW−1·h−1和0.78 kW·h·m−3。自由基淬灭实验表明羟基自由基 (·OH) 在四环素降解过程中起主要作用，而H2O2和O3的作用稍弱。细胞毒性实验也表明气液放电处理10 min后的溶液毒性显著下降。
低温等离子体 气液放电 四环素抗生素 抗生素降解 活性氧物种 non-thermal plasma gas-liquid discharge tetracycline antibiotics antibiotic degradation reactive oxygen species 强激光与粒子束
2024, 36(3): 035001
1 湖南大学土木工程学院，长沙 410082
2 湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室，长沙 410082
为了解负温时超高性能混凝土(UHPC)的弯曲疲劳性能，对20 ℃和-10 ℃两种温度下的UHPC进行了不同应力水平下的弯曲疲劳试验。结果表明：随着温度的降低，由于试件开裂截面钢纤维的冷脆特征，使得循环荷载作用下UHPC弯曲疲劳性能的退化明显加剧，疲劳强度也明显降低。与20 ℃的结果相比发现，-10 ℃ UHPC的疲劳强度降低了15.6%；虽然低温试件的疲劳强度低于常温试件，但两类试件与各自疲劳强度对应的疲劳变形模量比En/E0相近，均在0.48左右；无论是常温试件还是低温试件，经历200万次循环而未发生弯曲疲劳破坏的UHPC试件，其疲劳后的剩余强度均与单调加载时的静力强度接近。基于试验结果，提出了20 ℃和-10 ℃两种温度下UHPC的疲劳寿命方程。
超高性能混凝土 低温环境 疲劳寿命 疲劳强度 疲劳变形模量 ultra-high performance concrete low temperature fatigue life fatigue strength fatigue deformation modulus
1 湖南大学绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室，长沙 410082
2 湖南大学土木工程学院，长沙 410082
制备不同粗骨料含量、水胶比、钢纤维含量的超高性能混凝土(UHPC)棱柱体试件，分析了粗骨料含量、水胶比和钢纤维体积掺量等对UHPC弯拉强度及尺寸效应的影响。结果表明：含粗骨料UHPC的弯拉强度随水胶比和粗骨料含量的提高呈下降趋势。随粗骨料含量的提高，UHPC弯拉强度尺寸效应趋于显著。含粗骨料UHPC弯拉强度尺寸效应随水胶比的提高而逐渐减弱。建议了含粗骨料UHPC弯拉强度尺寸换算系数，提出了尺寸效应律参数计算公式，可预测含粗骨料UHPC的弯拉强度。
超高性能混凝土 粗骨料 弯拉强度 尺寸效应 水胶比 钢纤维 ultra-high performance concrete coarse aggregate flexural tensile strength scale effect water-binder ratio steel fiber
南京工业大学 电气工程与控制科学学院，南京 211816
为了提高等离子体对聚合物材料表面处理的应用效果，优化亲水处理的条件，研究了交流和纳秒脉冲氩气介质阻挡放电（DBD）中添加适量H2O，对聚丙烯（PP）亲水改性的处理效果。利用电学和光学诊断方法，系统地对比了交流DBD和纳秒脉冲DBD的放电特性，结果表明，纳秒电源驱动DBD具有更高的放电瞬时功率，更好的放电均匀性和更高的能量效率。通过测量不同水蒸气含量下DBD的OH发射光谱强度，确定了PP材料亲水性处理中H2O添加的最优含量。利用交流和纳秒脉冲电源驱动DBD分别对PP材料进行亲水改性的处理，测量了不同条件下改性处理后的表面水接触角，并利用原子力显微镜（AFM）和傅里叶红外光谱（FTIR）分别对处理前后PP材料的表面物理形貌和表面化学成分进行分析。结果发现，经DBD处理后PP材料的水接触角明显降低，表面粗糙度明显增大，表面的亲水性含氧基团，羟基（−OH）和羰基（C=O）的数量大幅增加。相比交流电源，纳秒脉冲DBD处理的改性效果更好，其处理后的材料表面水接触角，比交流DBD处理的低5°左右，表面粗糙度也有所提升。而水蒸气的加入可使PP材料的表面水接触角进一步减小4°左右，表面粗糙度明显提升。研究结果为优化DBD聚合物材料表面改性实验条件及处理的效果提供了重要的参考依据。
聚丙烯 材料表面改性 水蒸气 介质阻挡放电 纳秒脉冲电源 polypropylene surface modification water vapor dielectric barrier discharge nanosecond pulse power supply 强激光与粒子束
2021, 33(6): 065017
南京工业大学 电气工程与控制科学学院，南京 211816
利用纳秒脉冲电源激励大气压空气中针-水结构气液放电，研究了不同脉冲参数下的放电特性、等离子体特性和活化水中活性粒子浓度的变化规律。结果表明，在一个脉冲周期内放电分为3个阶段，其中发生在脉冲持续时间内和下降沿的两次放电较强，上升沿的放电较弱。当脉冲电压增大时，放电电流、平均功率、发光强度和发射光谱强度均逐渐增大；当频率增大时，放电电流几乎不变，但是功率显著增大，放电发光强度和发射光谱强度均增大。电压上升沿时间的增大则会减弱放电强度，相应的放电发光强度和发射光谱强度均减弱。而电压下降沿的增大则会增强放电，发光强度和发射光谱强度增大。当脉冲电压、频率和下降沿时间增大，H
2O
2，
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和
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浓度逐渐增大；而电压上升沿时间增大会导致3种活性粒子浓度逐渐降低。
强激光与粒子束
2021, 33(6): 065008
1 南京工业大学 城市建设学院, 南京 211816
2 南京工业大学 电气工程与控制科学学院, 南京 211816
3 南京工业大学 环境学院, 南京 211816
在柱-板式介质阻挡放电体系中投加铋酸钠催化剂，研究了该体系的放电光谱特性及对苯胺模拟废水的协同处理效果，考察了pH 值、苯胺初始质量浓度及催化剂投加量等因素对降解率的影响，探讨了铋酸钠协同介质阻挡放电(DBD)催化降解苯胺的机理。实验结果表明，柱-板式电极结构放电过程中辐射出了紫外光和可见光，300~450 nm之间出现高强度N2第二正带谱线。初始浓度100 mg/L苯胺废水被处理10 min后，投加0.2 g/L催化剂时溶液的TOC去除率最高，比单独DBD低温等离子体体系提高14.11%。在碱性条件下，苯胺和TOC的去除率均好于酸性和中性条件。XRD检测结果显示铋酸钠在反应前后峰值位置未发生明显改变。
介质阻挡放电 低温等离子体 废水处理 铋酸钠 催化 dielectric barrier discharge non-thermal plasma wastewater treatment sodium bismuthate catalysis 强激光与粒子束
2017, 29(5): 059001
1 南京工业大学 自动化与电气工程学院, 南京 210009
2 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
3 中国科学院 电力电子与电气驱动重点实验室, 北京 100190
研究了不同电极结构以及放电参数对微秒脉冲激励的氦等离子体射流放电特性的影响。实验中采用不同管内径、不同电极形状、不同重复频率等参数,通过采集放电阶段的电流电压图、发光图像以及发射光谱等,对等离子体射流的电学特性和光学特性进行诊断。实验结果表明,随着管内直径的增大,氦等离子体射流的长度减小; 管内径为8 mm时,等离子体射流的击穿电压与放电电流最小,同时,其发射光谱中第二正带系N2,N+2和O等高能活性粒子的强度最高; 管内径为5 mm的等离子体射流的放电电流、功率及消耗的能量最大; 在相同实验条件下,针尖电极结构中的放电电流、消耗的功率还有发射光谱强度都较大; 随着重复频率的增加,氦等离子体射流的长度会增加,但击穿电压减小。
等离子体射流 电极结构 重复频率 放电参量 plasma jet electrode structure pulse repetition frequency discharge parameter 强激光与粒子束
2016, 28(5): 055001
南京工业大学 自动化与电气工程学院， 南京 211816
研究气液两相介质阻挡放电(DBD)的特性，对于深入理解其放电机理、促进其在环保等工业领域中应用具有重要意义。通过电压电流波形和Lissajous图形等电气特性诊断及发射光谱和发光图像等光学特性诊断，研究了液体成分对大气压气液两相DBD放电特性的影响。比较了苯胺和苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD放电特性，利用实验结果计算得到放电功率和传输电荷，并结合放电理论对放电机制进行了分析。结果表明，苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD，其放电特性与纯苯胺溶液有明显不同，相同电压下其放电电流约为纯苯胺溶液的两倍，其发光强度更强，放电功率和传输电荷更大，且在光谱特性图波长589 nm处出现Na原子谱线，NaOH的加入增加了溶液的电导率，同时促进了气相放电强度，使得放电增强。
气液两相 介质阻挡放电 放电特性 放电机制 gas-liquid two-phase dielectric barrier discharge discharge characteristic discharge mechanism 强激光与粒子束
2014, 26(7): 075001
1 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
2 南京工业大学 自动化与电气工程学院, 南京 211816
3 中国科学院 电力电子与电气驱动重点实验室, 北京 100190
4 电力设备电气绝缘国家重点实验室 (西安交通大学), 西安 710049
为了深入研究等离子射流阵列的放电特性，利用上升沿1 μs、脉宽2 μs的微秒脉冲电源产生等离子体射流，通过电压电流波形的测量和发光图像的拍摄，研究了在针-环双电极结构下，不同电极位置以及不同重复脉冲频率下氦气等离子体射流阵列的放电特性。实验结果表明放电最初产生在阵列的两端，随着外加电压幅值的增加，中心管也会有射流产生，最终形成射流阵列。随地电极距管口距离的变远，放电电流和中心管的射流长度均呈现出先增大后减小的变化趋势(20 mm处取得最大值)，随着重复脉冲频率的增大，放电由不均匀的丝状放电向均匀放电转变，放电电流先减小而后保持不变。
微秒脉冲 等离子体射流 射流阵列 放电特性 重复频率 microsecond pulse plasma jet jet array discharge characteristics repetition pulse frequency 强激光与粒子束
2014, 26(4): 045003
1 南京工业大学 自动化与电气工程学院， 南京 211816
2 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室， 西安 710049
为了研究水蒸气体积分数对大气压等离子体射流放电机理及放电效率的影响，进而产生高活性低温等离子体并优化其效率。通过对大气压氩水等离子体射流的电压电流波形和Lissajous图形等电气特性的测量及发射光谱和发光图像等光学特性诊断，研究了不同水蒸气体积分数时，等离子体射流的放电特性。通过计算放电功率、传输电荷量、电子激发温度、分子振动温度和分子转动温度等主要放电参量，研究了它们随水蒸气体积分数的变化趋势，并结合放电机理对所得实验结果进行分析。结果表明，Ar/H2O等离子体射流除了产生N2和Ar，还有OH和O，气体温度在525~720 K之间变化，为典型的低温等离子体；随着水蒸气体积分数的增加，等离子体羽喷出管口的长度减小，放电功率减小，发光强度减弱，转动温度和振动温度增加；相同功率下，水蒸气体积分数为0.5%时，产生的OH达到最大。
大气压等离子体射流 放电特性 放电参量 水蒸气体积分数 atmospheric pressure plasma jet(APPJ) discharge characteristic discharge parameter water vapor volume fraction 强激光与粒子束
2013, 25(10): 2592
