Теория и математическая модель гидродинамических и электрических процессов при интенсивных режимах озонирования

• Автор: Кузнецов, Виктор Алексеевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 247 с. : ил.

Основные обозначения
ГЛАВА 1. БАРЬЕРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В
ГЕНЕРАТОРЕ ОЗОНА И СОПУТСТВУЮЩИЕ ЯВЛЕНИЯ
11 Свойства и способы получения озона
1 2 Электрические явления в озонном барьерном разряде и их характеристики
1 3 Тепловые явления в элементах озонатора
I 4 Кинетика образования озона
1 4 1 Стадии образования озона в электрическом разряде
1 4 2 Фактор времени в процессе образования озона
14 3. Особенности образования озона при барьерном разряде в воздухе
1 5 Особенности течения газа в разрядном промежуз ке озонатора
Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ БАРЬЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОЗОНАТОРА В ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ПРИБЛИЖЕНИИ (ЛАМИНАРНЫЙ РЕЖИМ)
2 1 Постановка задачи математического моделирования барьерного
электрического озонатора
2 2 Расчет энергетических характеристик озонатора
2 2 1 Энергетические характеристики озонатора с равномерной толщиной разрядного промежутка
2 2 2 Энергетические характеристики озонатора с переменной толщиной разрядного промежутка
2 3 Обобщение кинетического уравнения образования озона

2.3.1. Обобщение кинетического уравнения для случая ламинарного потока кислорода
2.3.2. Обобщение кинетического уравнения для случая воздуха
2.3.3. Моделирование зависимости констант образования и разложения озона от температуры
2.4. Моделирование течения газа в разрядном промежутке
озонатора
2.4.1. Стандартный вариант озонатора
2.4.2. Озонатор с вращающим магнитным полем
2.5. Моделирование тепловых явлений в элементах озонатора
2.6. Особенности реализация алгоритмов модели
2.6.1. Конечно-разностные схемы для поля температуры
2.6.2. Особенности расчета поля концентрации озона
Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ОЗОНАТОРОВ С ТУРБУЛЕНТНЫМ ТЕЧЕНИЕМ ГАЗА
3.1. Особенности моделирования поля скоростей в газе при его турбулентном течении через разрядный промежуток
3.2. Особенности тепловых явлений в озонаторах с турбулентным
течением газа в разрядном промежутке
3.2.1. Моделирование распределения температуры в озонаторах
с турбулентным течением газа с системой охлаждения
3.2.2. Моделирование распределения температуры в озонаторах
без системы охлаждения и турбулентным течением газа
3.3. Кинетические уравнения образования озона при турбулентном
течении озонируемого газа через разрядный промежуток
3.4. Моделирование барьерного электрического озонатора с многократным турбулентным прохождением газа через разрядный

промежуток
3 5 Исследование электрической заряженности озонированного газа
при турбулентном режиме работы озонатора
3 6 Явление очищения электродов барьерного озонатора при зурбулентном режиме течения озонируемого газа
36 1 Расчет электрических сил
3 6 2 Расчет гидродинамических сил
3 6 3 Сравнение сил
Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИХ
ОБСУЖДЕНИЕ
4 1. Экспериментальная проверка модели
4 1.1 Зависимость концентрации озона от удельной энергии разряда при производстве озона из кислорода
4.1 2. Зависимость концентрации озона от удельной энергии разряда при производстве озона из воздуха
4.1.3 Зависимость концентрации озона от расхода газа при производстве озона из воздуха
4.1.4 Распределение концентрации озона по толщине газового
слоя в разрядной зоне
4 1 5. Производительность озонатора
4.16 Температура в разрядном промежутке озонатора
4 2 Исследование некоторых физико-химических явлений на модели барьерного электрического озонатора
4 2 1 Скорость течения газа в разрядной зоне
4 2.2 Распределение температуры газа в разрядной зоне
4 2 3 Анализ поля концентрации озона в разрядной зоне
4 2.4. Исследование производительности озонатора
4 3 Задачи оптимизации, разрешимые на построенной модели барь-

Анализ осциллограмм показал, что при малых скоростях потока воздуха разряд становился неустойчивым При этом осциллограммы приобретали ступенчатый характер (свидетельство одновременности возникновения микроразрядов на большой площади поверхности электродов), увеличивалось напряжение горения разряда Со временем при малой скорости потока неустойчивость разряда увеличивалась и в некоторых случаях приводила к погасанию разряда
При большой мощности неустойчивый разряд в течение короткого времени самопроизвольно переходил в другой вид разряда, который отличался от первого и визуально, и по вольт-кулоновским характеристикам Разряд стабилизировался, становился однородным, напряжение горения разряда уменьшалось, исчезал ступенчатый характер вольт-кулоновских характеристик, при этом озон в озонаторе не обнаруживался Изменение характера разряда являлось обратимым, с увеличением скорости потока воздуха восстанавливался режим соответствующий первому виду, при котором наблюдалось образование озона
Изменение характера разряда обусловлено изменением химического состава газовой среды при малых скоростях потока В частности повышением концентрации оксидов азота При этом менялось и состояние поверхности электродов за счет осаждения пятиокиси азота, которая имеет невысокую температуру возгонки Увеличение поверхностной проводимости диэлектрических барьеров озонатора за счет осаждения оксидов азота приводило к изменению параметров микроразрядов и соответственно условий образования и разложения озона
Из вышесказанного следует, что решение проблемы устойчивости разряда в повышении скорости потока газа В этом случае решается также проблема загрязнения электродов
Быстрое протекание реакций при низких концентрациях реагентов затрудняет экспериментальные кинетические исследования первых 2-х стадий. Имеются работы, в которых исследуется кинетика образования