(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210980015.3 (22)申请日 2022.08.16 (71)申请人 中国人民解 放军陆军 装甲兵学院 地址 100072 北京市丰台区杜家坎19号院1 号 (72)发明人 毛保全　赵其进　白向华　王之千　 徐振辉　张新喜　杨雨迎　贺珍妮　 范格华　李嘉麒　李华　韩小平　 陈春林　朱锐　 (74)专利代理 机构 北京天奇智新知识产权代理 有限公司 1 1340 专利代理师 常科学 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/25(2020.01)G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 DBD等离子体 反应器放电特性和热效应实验 测试评价分析方法 (57)摘要 本发明公开DBD等离子体 反应器放电特性和 热效应实验测试评价分析方法， 本发 明搭建了同 轴线‑筒形DBD反应器实验系 统， 基于Q ‑V李萨如 图形法及量热法， 并与瞬时功率法进行对比验证 了Q‑V李萨如图形法测量放电功率的有效性， 通 过与电加热器实验数据进行对比验证了量热法 测量反应器的热效应的有效性， 进一步有效提高 实验测试结果的精准性和科学性， 同时考虑到气 体的热力学参数随温度的变化， 研究不同放电电 压、 放电频率、 气体流速、 气体温度等参数对下 DBD反应器的放电功率、 热功率及热效率的影响 规律， 从而弥补了反应器放电特性和热效应实验 测试方法的空白， 为多个应用场景中的DBD反应 器参数优化设计提供重要指导。 权利要求书4页 说明书12页 附图6页 CN 115292947 A 2022.11.04 CN 115292947 A 1.DBD等离子体反应器放电特性和热效应实验测试评价分析方法， 其特征在于， 包括如 下步骤： S1、 实验数据测量与分析， 具体包括： S11、 采用Q‑V李萨如图形法测量DBD反应 器的放电功率； S12、 结合空气的物性参数随温度的变化， 采用量热法获取DBD反应器向空气传递的热 功率； S13、 采用3次实验的平均值作为 最终的数据结果， 分析 得到热效率的不确定度； S2、 实验验证： 对DBD等离子体反应器的合理性、 功率测试方法及计算方法的有效性进 行验证； S3、 实验结果与讨论， 具体包括： S31、 分析放电 电压对放电功率和热效率的影响； S32、 分析放电频率对放电功率和热效率的影响； S33、 分析入口流速对放电功率和热效率的影响； S34、 分析入口温度对放电功率和热效率的影响； S4、 得出结论： 根据线 ‑筒式DBD反应器热效率实验测试与研究结果， 得到放电电压、 放 电功率、 气流速度和气流温度因素对反应 器内放电功率、 热功率以及热效率的影响结论。 2.根据权利要求1所述的DBD等离子体反应器放电特性和热效应实验测试评价分析方 法， 其特征在于： 所述步骤S11通过高压探头测量得到DBD等离子体反应器的高频电压瞬时 值Uh和放电频率fh， 并通过在 放电回路中交替串接电阻Rm和电容Cm， 测量反应器的电流瞬时 值Ih和放电过程中输送的电荷量Qm,在此基础上， 通过绘制Q ‑V李萨如图形计 算DBD反应器的 放电功率， 将其标记为Pd。 3.根据权利要求2所述的DBD等离子体反应器放电特性和热效应实验测试评价分析方 法， 其特征在于： 所述 步骤S12中对应的具体内容包括： 提取空气的物性参数随温度的变化， 其中标准大气压不同温度 下空气的密度ρ 与温度T 的关系为： 空气比热Cp的变化参考空气物性参数数据库， 并采用最小 二乘法拟合得到Cp＝aT4+bT3+ cT2+dT+e， 式中， a＝4.0444 ×10‑10,b＝‑1.4976×10‑6， c＝0.001934， d＝ ‑0.8142， e＝ 1113.69； 通过控制风机可以获得不同体积流量Q的空气气流， 根据入口处空气的密度ρ0， 计算空 气的质量 流率 根据经存储管加热后空气的热物性参数， 计算得到DBD反应器入口处空气的流速为 式中， ρin为经加热后空气的密度； 采用量热法测定DBD反应器向空气传递的热功率， 其中当DBD反应器及气体流动达到稳 定状态后， 反应器入口处和出口处的温度基本保持不变 ， 反应器的热功率为权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115292947 A 2式中， Cp,in和Cp,out分别为反应器入口处和出口处空气 的定压比热； Tin和Tout分别为反应器入口和出口处空气的温度； 将Cp,in和Cp,out之间的平均值 作为空气在反应 器内气体的平均的定 压比热； 分析得到DBD反应 器的热效率可以表示 为 4.根据权利要求1所述的DBD等离子体反应器放电特性和热效应实验测试评价分析方 法， 其特征在于： 所述步骤S2中对DBD等离子体反应器的合理性、 功率测试方法及计算方法 的有效性进行验证， 具体包括： 对DBD等离子体反应器的合理性以及计算方法的有效性进行验证， 当峰值电压Vpp为 18kV， 放电频率fh为20kHz时， 得到反应器上的电压和回路中的电流， 其中放电电压基本为 标准的正弦波形， 而回路中的电流存在多个高振 幅脉冲， 对比得到电压和电流的波形形貌 与测量得到的波形较为 一致， 验证了所设计DBD等离 子体反应 器的合理性； 为验证功率测试方法的有效性， 将采用的Q ‑V李萨如图形法与瞬时功率法的测试结果 进行对比， 当放电频率小于或等于16kHz时， Q ‑V李萨如图基本呈现为对称的平行四边形； 并 计算得到不同放电电压和频率 ①Vpp＝16kV,fh＝23kHz， ②Vpp＝19kV,fh＝16kHz， ③Vpp＝ 20kV,fh＝15kHz， ④Vpp＝21kV,fh＝13kHz时的放电功率， 对比得到功率测量结果基本保持 在6％以内， 验证了 本研究所采用功率测试 方法及测试 结果的有效性； 为验证热功率计算方法的有效性， 采用圆筒中安装电阻值为100欧姆 的金属翅片电加 热管的方式进行实验， 并根据实验表明， 该 方法能够有效测量反应管内的热功率和热效率。 5.根据权利要求1所述的DBD等离子体反应器放电特性和热效应实验测试评价分析方 法， 其特征在于： 所述 步骤S31中分析放电 电压对放电功率和热效率的影响方式为： 当放电频率为8kHz、 12kHz、 16kHz、 20kHz条件下， 气流的入口速度为12 m/s， 温度为400K 时， 构建DBD反应器出口处气流温度、 放电功率、 热功率和热效率随放电峰 ‑峰值电压下 (15kV‑22kV)的变化曲线， 由变化曲线得到， 在同一放电频率下， 交流DBD的放电功率随着 激 励电压峰 峰值的增 加而增大； 并采用指数型函数对放电功率与放电电压的对应关系 进行拟合， 不同放电频率下的拟 合函数及确定系数如下： fh＝8kHz： R2＝0.9926 fh＝12kHz： R2＝0.9965 fh＝16kHz： R2＝0.9960 fh＝20kHz： R2＝0.9935， 由此可见， 确定系数都大于0.99， 参数拟合结果良好， 并根据出口处气体的温度， 计算 得到DBD放电的热功 率和热效率， 可以得到， 在同一放电频率下， 随着峰峰值电压的增大， 热 功率增加， 同时热效率增大； 当fh为8kHz， Vpp由15kV增加到23kV时， η 由55.25 ％增加到68.47％； 当fh为12kHz时， η 由权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115292947 A 3