多重无声放电臭氧高效发生技术的基础研究

众所周知，臭氧产生能耗过大限制了臭氧在传统的水处理和医药行业的大规模应用，同时也阻碍了臭氧氧化产业的进一步拓展。为进一步提高臭氧产生效率，降低臭氧产生能耗，国外学者对多重放电进行探索，探索发现多重无声放电手段能高效产生臭氧。遗憾的是，这些探索仅基于宏观的表象研究，未进行深层次的基础研究。本项目拟从多重无声放电臭氧产生的反应动力学和流光传播两个核心基础出发，采取理论计算、数值模拟与实验相结合的方法揭示多重无声放电臭氧高效发生的反应动力学特性和流光传播特性，以此来解构多重无声放电高效臭氧产生的机理，并确定影响臭氧产生的关键因素和最佳反应条件。同时，本项目的基础研究为研究低温等离子体臭氧产生的动力学特性研究和流光传播特性研究提供了全新的研究方案，对提高臭氧产生效率，进而促进臭氧氧化产业的进一步发展具有重要的意义。

本项目从反应动力学、流光传播、电能转换与传热三个核心基础出发，成功地揭示了多重无声放电高效臭氧发生特性和机理，完成了所有研究内容，并获得了预期研究结果。在反应动力学方面，创新性地提出和应用一种由微观机理到宏观表象的理论研究方案，首先采用了量子化学方法对部分关键基元反应进行微观反应机理研究，然后将其与局部量子化的过渡态理论相结合，计算获得基元反应动力学参数；然后收集、研究和优化了详细的反应机理体系；最后进行了动力学数值模拟，探讨部分影响参数的影响，并进行敏感性和ROP分析，获得反应路径图，以及确定主要粒子和各基元反应对主要粒子的贡献。在在流光传播特性方面，采用有限元方法数值求解静电场的泊松方程，并结合Bosig+编码求解电子的玻尔兹曼方程，从而获得多重无声放电高效臭氧发生器的电场分布和电子能量分布，并进行深入分析各放电之间的相互影响和耦合特性。在电能转换与传热方面，采用有限体积法数值求解质量、动量和能量守恒方程，实现对多重无声放电臭氧发生进行传热和电能转换分析。同时，辅助于一定的试验探究，并将理论研究结果与试验研究结果进行相互验证。本项目的基础研究解构了多重无声放电臭氧高效发生机理，为确定关键影响因素和最佳反应条件，以及进一步提高多重无声放电臭氧发生效率提供依据和指明方向。同时，为研究低温等离子体臭氧产生的动力学特性研究、流光传播特性、电能转换和传热特性研究提供了全新的研究方案。