Název: Elektrické charakteristiky diafragmového výboje v roztocích elektrolytů
Překlad názvu: Electric characteristics of the diaphragm discharge in electrolyte solutions
Autoři: Dřímalková, Lucie ; Slavíček, Pavel (oponent) ; Kozáková, Zdenka (vedoucí práce)
Typ dokumentu: Diplomové práce
Rok: 2011
Jazyk: cze
Nakladatel: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstrakt: [cze] [eng]
Hlavním cílem této diplomové práce je diagnostika diafragmového výboje ve vodných roztocích elektrolytů (především NaCl) a popis konkrétních procesů probíhajících před a po zapálení výboje. Ke generaci výboje se využívá stabilizovaného repulzního stejnosměrného vysokonapěťového zdroje generujícího napětí do 2 kV. Ačkoli byla v posledních letech objevena celá řada aplikací elektrického výboje v kapalinách, vlastní mechanismus vzniku tohoto výboje není dosud znám. Z tohoto důvodu je tato práce zaměřena na studium dějů předcházejících zapálení výboje, parametry zapálení výboje a na samotný výboj jak v oblasti náhodného průrazu, tak i pravidelného výboje . Teoretická část popisuje možné mechanismy vzniku výboje ve vodných roztocích včetně stručného popisu vybraných druhů známých výbojů v kapalné fázi. Diafragmový výboj je jedním z mnoho typů elektrických výbojů generovaných ve vodě. Ve skutečnosti je elektrický výboj nízkoteplotní nerovnovážné plazma, které je generováno pomocí vysokého napětí. V plazmových kanálcích (tzv. „streamerech“) dochází k celé řadě fyzikálních a chemických procesů. Mezi fyzikální procesy se řadí působení silného elektrického pole, generace rázové vlny a v neposlední řadě emise elektromagnetického záření ve viditelné a ultra-fialové oblasti. Mezi nejdůležitější chemické procesy patří generace aktivních látek a částic, zejména peroxidu vodíku a OH radikálů. V této práci jsou využívány tři reaktory o různém objemu (4 l, 100 ml a 50 ml) s diafragmovou konfigurací. Výboj je tvořen v otvoru (dírce) v diafragmě, která odděluje oba elektrodové prostory reaktoru. Výboj je generován pomocí repulzního stejnosměrného vysokého napětí o velikosti do 4 kV. Elektrody jsou vyrobeny z nerezové oceli nebo platiny a jsou umístěny v proměnné vzdálenosti od diafragmy v obou elektrodových prostorech. Diafragma je vyrobena z PET nebo Shapal-MTM keramiky s proměnnou tloušťkou (0,2-2 mm), v níž je vždy centrální otvor s vnitřním průměrem 0,2-1,5 mm. Časově rozlišené charakteristiky průběhu proudu a napětí jsou zaznamenávány pomocí čtyřkanálového osciloskopu, který snímá jejich výstupní hodnoty. Velikosti napětí i proudu jsou zaznamenávány za postupného zvyšování stejnosměrného napětí s krokem po cca 100 V. Proměřovány jsou roztoky elektrolytu chloridu sodného při pěti vodivostech. Naměřené časově rozlišené charakteristiky napětí a proudu umožňují stanovení zápalných napětí, popisují průběh proudu a napětí určitých částí V-A charakteristiky. Je prokázáno, že se zvyšující se vzdáleností elektrod od diafragmy se snižuje napětí potřebné pro zapálení výboje. Nicméně, změna vzdálenosti elektrod od 4 cm dále již nevyvolává žádné významné změny zápalného napětí. Vliv průměru dírky v diafragmě není ve studovaném rozmezí zřejmý, ale je pozorováno mírné zvýšení zápalného napětí s rostoucím průměrem dírky. Zvýšení tloušťky diafragmy posune naměřenou křivku V-A charakteristiky směrem k nižším napětím. Práce ukazuje, jak je V-A charakteristika závislá na změně vodivosti a také na druhu anorganických solí. Zvýšením vodivosti se měřená charakteristická V-A křivka posouvá směrem k nižšímu napětí, což znamená, že zápalné napětí se snižuje. Velikost reaktoru nemá žádný vliv na procesy před ani po zapálení výboje. The main object of this thesis is the diagnostics of the diaphragm discharge generated in water solutions containing supporting electrolytes (mostly NaCl), and description of particular processes before and after discharge breakdown by DC non-pulsed voltage up to 2 kV. Although many applications of electric discharge in liquids have been developed during the last years, the exact mechanism of the discharge ignition is not sufficiently known up to now. Based on this reason, this work is focused on the investigation of processes before the discharge ignition, breakdown parameters and the discharge itself both in the irregular and stable regime. The theoretical part of the work presents proposed mechanisms of the discharge generation in water solutions including the description of particular kinds of known discharges. Diaphragm discharge is one of many possible configurations of electrical discharges in liquids. In fact, electrical discharge in water forms non-thermal plasma, which is generated by high voltage, and many physical and chemical processes are started in plasma channels (so-called streamers). Among physical processes, high electrical field, shock waves and last but not least emission of electromagnetic radiation in visible and ultra-violet radiation belongs. The most important chemical processes are generation of various active species as hydrogen peroxide, and OH radical. Three batch plasma reactors using a diaphragm configuration with different total volume (4 l, 100 ml and 50 ml) are employed in the presented work. The discharge is created in an orifice (a pin-hole) in the dielectric barrier separating two electrode parts of the reactor. DC non-pulsed high voltage up to 4 kV is used for the discharge generation. Electrodes are made of stainless steel or platinum, and they are installed in parallel to the diaphragm in a variable distance from the dielectric barrier in each reactor part. The dielectric barrier is made of PET or Shapal-MTM ceramics with the variable thickness (0.2?2 mm). One pin hole st the diaphragm center with diameter of 0.2?1.5 mm are used in contemporary experiments. Time resolved characteristics of current and voltage are recorded using four-channel oscilloscope which detected their output values. Parameters are measured by the constantly increasing DC voltage with a step of 100 V. The solutions containing sodium chloride electrolyte are used at five different conductivities. Recorded time resolved characteristics determine breakdown moment, and describe current and voltage in particular parts within the static current-voltage curve. The breakdown appeared at lower applied voltage when the electrode distance is enhanced. However, the electrode distances higher than 4 cm does not induce any significant change of the breakdown voltage. The influence of pin-hole diameter is less obvious in the studied range, but a slight enhancement of breakdown voltage is observed with the increasing pin-hole diameter. Current-voltage characteristic curve moves towards lower voltage with the diaphragm thickness enhancement. The work compares the influence of conductivity change on current-voltage characteristics as well as the effect of inorganic salt kind. By the conductivity enhancement, the measured current-voltage curve moves towards lower voltage which means that the breakdown voltage is decreased. Sizes of the reactors do not have any effect on the processes before and after discharge breakdown.
Klíčová slova: Diafragmový výboj; elektrická měření; elektrolýza; generace bublin; výboj v elektrolytech; zapálení výboje.; zápalné napětí; breakdown voltage; bubble formation; Diaphragm discharge; discharge breakdown.; discharge in electrolytes; electrical measurements; electrolysis

Instituce: Vysoké učení technické v Brně (web)
Informace o dostupnosti dokumentu: Plný text je dostupný v Digitální knihovně VUT.
Původní záznam: http://hdl.handle.net/11012/9726

Trvalý odkaz NUŠL: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-583590


Záznam je zařazen do těchto sbírek:
Školství > Veřejné vysoké školy > Vysoké učení technické v Brně
Vysokoškolské kvalifikační práce > Diplomové práce