Anode curvature influence on characteristics of negative corona discharge under Trichel pulsed mode

Experimental investigations of electrodynamics characteristics of negative corona discharge in air under Trichel pulsed mode are presented. The influence of anode dimensions and curvature on discharge current parameters in strongly non-uniform electric field was studied. It was shown that at the same conditions the decreasing of anode curvature causes the increasing of current pulses frequency. At the same time the parameters of Trichel pulses remain constant for different anode curvatures. The increasing of average discharge current value under decreasing of anode curvature also observed. It is necessary to note that the variation of anode dimensions has a proportional action on current pulses frequency; however it is observed only in a certain range of the applied voltage.Представлено результати експериментальних досліджень електродинамічних характеристик негативної корони у повітрі в режимі імпульсів Тричела. Виявлено вплив кривизни аноду на чистоту токових імпульсів. Було встановлено,що при зменшенні кривизни аноду частота токових імпульсів зростає, в той же час характеристики окремих токових імпульсів Тричела залишаються незмінними. Треба підкреслити, що зміна частоти токових імпульсів відбувається пропорційно зміні розмірів аноду, але лише у деякому діапазоні напруг на розрядному проміжку.Представлены результаты экспериментальных исследований электродинамических характеристик отрицательной короны в воздухе в режиме импульсов Тричела. Показано влияние кривизны анода на чистоту следования токовых импульсов. В частности, было установлено, что при уменьшении кривизны анода частота следования токовых импульсов увеличеваеться, при этом характеристики отдельных токовых импульсов Тричела остаются неизменными. Следует отметить, что изменение частоты токовых импульсов происходит пропорционально изменению размеров анода, но только в некотором диапазоне напряжений на разрядном промежутке

Ozone decay in chemical reactor with the developed inner surface

The ozone decay was investigated in a chemical reactor with a developed inner surface on which it dissociates or absorbs. Ozone concentration behaves differently with time depending on where mainly decays ozone - in the volume or on the reactor surfaces. If ozone mainly decays on the reactor surface, the ozone concentration decreases with time as exp(-δt) , where δ is determined by the decay process at the inner surface of the reactor and its total area. If ozone decay occurs primarily in the volume, the ozone concentration decreases with time as 1/(1+σt), where σ is determined by the common process of ozone decay in the volume.Исследована кинетика распада озона в реакторе с развитой внутренней поверхностью, на которой может происходить его распад. В зависимости от того, какой из процессов распада является основным – распад в объёме, или распад на поверхности - концентрация озона ведёт себя по-разному со временем. Если распад озона происходит, в основном, на поверхности, то его концентрация уменьшается со временем пропорционально exp(-δt), где δ определяется процессом распада на внутренней поверхности реактора и её полной площадью. Если же распад озона происходит, в основном, в объёме, то его концентрация уменьшается со временем пропорционально 1/(1+σt), где σ определяется обычным процессом распада озона в объёме.Досліджено кінетику розпаду озону в реакторі з розвиненою внутрішньою поверхнею, на якій може відбуватися його розпад. Залежно від того, який із процесів розпаду є основним розпад в об'ємі або розпад на поверхні концентрація озону поводиться по-різному з часом. Якщо розпад озону відбувається, в основному, на поверхні, то його концентрація зменшується з часом пропорційно exp(-δt), де δ визначається процесом розпаду на внутрішній поверхні реактора та її повною площею. Якщо ж розпад озону відбувається, в основному, в об'ємі, то його концентрація зменшується з часом пропорційно 1/(1+σt), де σ визначається звичайним процесом розпаду озону в об'ємі

Particularities of the negative streamer propagation in homogeneous and inhomogeneous electric fields. Computer simulation

The results of numerical simulations of negative streamer propagation in nitrogen in the plane - to - plane and the needle - to - plane geometries are presented. Computer simulations has been performed by finite element method, which allows to accurately describe the boundaries of complicated shape. It is shown that the propagation velocity of the negative streamer in a nonuniform electric field (the needle - to - plane geometry) is always greater than its velocity in a uniform field (the plane - to - plane geometry) at the same electrical potentials on the electrodes. It is shown that with decreasing curvature radius of the needle the streamer propagation velocity increases. The growth of the streamer speed, with decreasing of the needle curvature radius, is stopped when the needle curvature radius reaches a certain critical size. It is shown that in the region of the strong nonlinearity, when the dynamics of the streamer propagation is determined by the space charge, its velocity as a function of the longitudinal coordinate is independent of the needle curvature radius.Приведены результаты численного моделирования методом конечных элементов распространения отрицательного стримера в азоте в геометриях плоскость–плоскость и игла–плоскость. Показано, что скорость распространения стримера в неоднородном поле (геометрия игла–плоскость) всегда больше его скорости в однородном поле (геометрия плоскость–плоскость) при одинаковых потенциалах на электродах. Показано, что при уменьшении радиуса кривизны иглы скорость распространения стримера возрастает. Рост продолжается до некоторого критического радиуса, после которого рост скорости стримера практически прекращается. Показано также, что в области сильной нелинейности, когда динамика распространения стримера определяется его объемным зарядом, его скорость, как функция продольной координаты, не зависит от радиуса кривизны иглы.Наведено результати числового моделювання методом кінцевих елементів поширення негативного стримера в азоті в геометріях площина–площина і голка–площина. Показано, що швидкість поширення стримера в неоднорідному полі (геометрія голка–площина) завжди більше його швидкості в однорідному полі (геометрія площина –площина) при однакових потенціалах на електродах. Показано, що при зменшенні радіуса кривизни голки швидкість розповсюдження стримера зростає. Зростання триває до деякого критичного радіуса, після якого зростання швидкості стримера практично припиняється. Показано також, що в області сильної нелінійності, коли динаміка розповсюдження стримера визначається його об'ємним зарядом, його швидкість, як функція поздовжньої координати, не залежить від радіуса кривизни голки

Computer simulation of positive streamer dynamics in strongly non-uniform electric fields in air. Effect of applied voltage on a streamer velocity for different needle radii

The results of numerical simulations of the propagation of a positive streamer in air are presented. The positive streamer dynamics in the strongly non-uniform electric fields in air was investigated for wide set of applied voltages and needle radii. It is shown that qualitatively the dynamics of positive streamer in air does not differ from the negative streamer dynamics in nitrogen. Namely, streamer velocity has the same behavior in time during propagation in discharge gap, and the same trends with applied voltage increase and with decrease of needle radius.Представлены результаты численного моделирования распространения положительного стримера в воздухе. Динамика положительного стримера в сильно неоднородных электрических полях исследована для широкого набора приложенных напряжений и радиусов иглы. Показано, что качественно динамика положительного стримера в воздухе не отличается от динамики отрицательного стримера в азоте. А именно, скорость положительного стримера в воздухе при распространении через разрядный промежуток ведет себя во времени так же, как и скорость отрицательного стримера в азоте, кроме того, скорость стримера увеличивается с увеличением приложенного напряжения и с уменьшением радиуса иглы.Представленo результати числового моделювання поширення позитивного стримера в повітрі. Динаміка позитивного стримера в сильно неоднорідних електричних полях досліджена для широкого набору прикладених напруг і радіусів голки. Показано, що якісно динаміка позитивного стримера в повітрі не відрізняється від динаміки негативного стримера в азоті. А саме, швидкість позитивного стримера в повітрі, при поширенні через розрядний проміжок поводиться у часі подібно до швидкості негативного стримера в азоті, крім того, швидкість стримера збільшується зі збільшенням прикладеної напруги і зі зменшенням радіусу голки

Gas temperature measurement in the active zone of streamer discharge under different applied voltages

The experimental results on the gas temperature measurement in the active zone of streamer discharge in air at the atmospheric pressure are presented. The gas temperature value was obtained by the optical method for measuring the relative intensity of the rotational lines for the radiation of the second positive (II⁺) system of molecular nitrogen, transition bands (C₃ПU(0) →B-₃Пg(0)). It was found that in discharge gap d = 8 mm, depending on the applied voltage (in the range of 6.1…7.8 kV with a step of 0.2 kV), the gas temperature varied from 609 to 739 K. The unevenness of the gas temperature change in the active zone of discharge with the increase in the applied voltage is shown. This may be related to the possible changes in the rotational state of nitrogen molecules upon excitation of their electronic state by electrons.Представлені результати експериментальних досліджень температури газу в генераційній зоні стримерного розряду в повітрі при атмосферному тиску. Температура газу визначалася оптичним методом по виміру відносної інтенсивності ліній обертальної структури випромінювання другої позитивної (II⁺) системи молекулярного азоту, смуги переходу (C₃ПU(0) →B₃Пg(0)). Встановлено, що при міжелектродній відстані d = 8 мм, залежно від напруги, прикладеної до розрядного проміжку (у діапазоні 6,1…7,8кВ з кроком 0,2 кВ), температура газу змінюється в межах від 609 до 739 К. Показана нерівномірність зміни температури газу в генераційній зоні розряду зі збільшенням прикладеної напруги. Це може бути пов'язано з можливими змінами обертального стану молекул азоту при збудженні їх електронного стану.Представлены результаты экспериментальных исследований температуры газа в генерационной зоне стримерного разряда в воздухе при атмосферном давлении. Температура газа определялась оптическим методом по измерению относительной интенсивности линий вращательной структуры излучения второй положительной (II⁺) системы молекулярного азота, полосы перехода (C₃ПU(0) →B₃Пg(0)). Установлено, что при межэлектродном расстоянии d = 8 мм, в зависимости от напряжения, приложенного к разрядному промежутку (в диапазоне 6,1…7,8 кВ с шагом 0,2 кВ), температура газа изменяется в пределах от 609 до 739 K. Показана неравномерность изменения температуры газа в генерационной зоне разряда с увеличением приложенного напряжения. Это может быть связано с возможными изменениями вращательного состояния молекул азота при возбуждении их электронного состояния

Emission spectra and current characteristics of negative corona discharge in an electrode system with liquid anode

Experimental study of emission spectra and current characteristics of negative corona discharge over the surface of aqueous salt solutions have been carried out. The radiation spectra from the active zone of the discharge in the wavelength range 200…600 nm were obtained and identified. It was found that most of the spectral lines correspond to the lines of second positive system of molecular nitrogen. The spectral lines of the nitrogen ion N₂⁺ and the lines corresponding to the emission of the OH radical in the UV spectral region are also observed.Current-voltage characteristics of the discharge were obtained at the non-stationary and diffuse stages of the discharge. It was shown that obtained current-voltage characteristics are in good agreement with the results of theoretical calculations using the Townsend expression.Проведені експериментальні дослідження спектрів випромінювання та струмових характеристик негати- вного коронного розряду над поверхнею водних розчинів солей. Зареєстровані та ідентифіковані спектри випромінювання з генераційної зони розряду в діапазоні довжин хвиль 200…600 нм. Встановлено, що біль- шість спектральних ліній відповідає лініям спектрів випромінювання 2-ї позитивної системи молекулярного азоту. Спостерігаються лінії молекулярного іона азоту, і лінії, що відповідають випромінюванню гідрокси- льного радикала ОН в УФ-області спектрa. Зареєстровані ВАХ розряду в нестаціонарній і дифузній стадіях горіння. Показана хороша відповідність ВАХ результатам теоретичного розрахунку за формулою Таунсен- да.Проведены экспериментальные исследования спектров излучения и токовых характеристик отрицательного коронного разряда над поверхностью водных растворов солей. Зарегистрированы и идентифицированы спектры излучения из генерационной зоны разряда в диапазоне длин волн 200…600 нм. Установлено, что большинство спектральных линий соответствуeт линиям спектров излучения 2-й положительной системы молекулярного азота. Наблюдаются линии молекулярного иона азота и линии, соответствующие излучению гидроксильного радикала ОН в УФ-части спектра. Зарегистрированы ВАХ разряда в нестационарной и диффузной стадиях горения. Показано хорошее соответствие ВАХ результатам теоретического расчета по формуле Таунсенда

Distribution of the gas temperature in streamer discharge in air

The temperature of nitrogen molecules in streamer discharge in point-to-plane electrode system was determined by using optical emission spectroscopy. The emission spectra of streamer discharge in air, in a wavelengths range 300…400 nm, were studied. The electronic-vibrational-rotational structure of (0-0) – band emission spectrum of N2+ nitrogen system (C3Πu-B3Πg transitions) was analyzed for different points along streamer propagation in discharge gap. The gas temperature was calculated on the basis of measurements of relative intensities in the rotational structure of the spectra. It was shown that gas temperature in the discharge gap varies in the range of 380…730 K. It was noted that for different discharge conditions the gas temperature in vicinity of the anode and cathode area is higher than in the central part of the discharge gap.Проведены исследования катодонаправленного стримера в режиме замыкания им разрядного промежутка без перехода в искровой пробой. Зарегистрированы спектры излучения второй положительной системы азота в диапазоне длин волн 300…400 нм в воздухе. С помощью анализа вращательной структуры спектра азота определена вращательная температура молекул азота в разных участках ( с шагом 1 мм ) разрядного промежутка. Показано, что вращательные температуры газа на игольчатом аноде и плоском катоде превышают температуру газа в середине разрядного промежутка. Проведены оценки и определена взаимосвязь между вращательной температурой молекул азота и температурой газа.Проведено дослідження катодоспрямованого стримера в режимі замикання їм розрядного проміжку без переходу в іскровий пробій. Зареєстровано спектри випромінювання другої позитивної системи азоту в діапазоні довжин хвиль 300…400 нм у повітрі. За допомогою аналізу обертальної структури спектра азоту визначена обертальна температура молекул азоту в різних ділянках ( з кроком 1 мм ) розрядного проміжку. Показано, що обертальні температури газу на голчастому аноді і плоскому катоді перевищують температуру газу в середині розрядного проміжку. Проведено оцінки і визначено взаємозв'язок між обертальною температурою молекул азоту і температурою газу

Investigation of ozone synthesis in the negative pulsed corona discharge in oxygen at the combined supply voltage

The influence of combined supply voltage parameters (bias voltage and voltage pulse amplitude) on efficiency of ozone synthesis in the negative pulsed corona discharge in oxygen was obtained. Pulse overvoltage led to intensification of discharge processes. Bias voltage applied during the discharge channel relaxation essentially increased the efficiency of ozone synthesis. It was established that the “optimal” bias voltage which provides maximum ozone generation doesn’t depend on voltage pulse amplitude, but depends on input oxygen concentration and generated ozone concentration.Виявлено вплив параметрів комбінованого живлення (напруги зміщення і амплітуди імпульсу) на ефективність синтезу озону у від’ємній імпульсній короні в кисні. Перенапруга під час імпульсу живлення вела до інтенсифікації розрядних процесів. Напруга зміщення, прикладена під час релаксації розрядного каналу, значно підвищувала ефективність синтезу озону. Має місце “оптимальна” напруга зміщення, яка забезпечує максимальний вихід озону і не залежить від амплітуди імпульсу напруги, але залежить від концентрації кисню та генерованої концентрації озону.Обнаружено влияние параметров комбинированного питания (напряжения смещения и амплитуды импульса) на эффективность синтеза озона в отрицательной импульсной короне в кислороде. Перенапряжение во время импульса питания приводило к усилению разрядных процессов. Напряжение смещения, приложенное во время релаксации разрядного канала, существенно увеличивало эффективность синтеза озона. Имеет место “оптимальное” напряжение смещения, обеспечивающее максимальный выход озона, которое не зависит от амплитуды импульса напряжения, но зависит от концентрации кислорода и генерируемой концентрации озона

The influence of cathode material on the characteristics of pulsed negative corona in oxygen

Change in time for the shape of the discharge current pulses of the pulsed negative corona in oxygen with copper and stainless steel cathodes has been studied for two discharge modes. The change lies in the decrease of the pulse amplitude and duration at half maximum. It is shown that for stainless steel cathodes, the amount of electric charge transferred in one pulse of the discharge current is 15% greater than for copper cathodes. It is also shown that under the maximum load mode, the amount of charge transferred in one pulse of the discharge current is decreased with time by 10% for both types of cathodes. It is shown that ozone synthesis in the electrode system with copper cathodes is 25% more efficient.Досліджено зміну в часі форми імпульсів розрядного струму імпульсної негативної корони в кисні з мідними катодами і катодами з нержавіючої сталі для двох режимів горіння розряду, що полягає в зменшенні амплітуди імпульсу і збільшенні їх тривалості на напіввисоті. Показано, що для катодів з нержавіючої сталі кількість електричного заряду, що переноситься в одному імпульсі розрядного струму, на 15% більше ніж для мідних катодів. Також показано, що в режимі максимального навантаження величина заряду, що переноситься в одному імпульсі розрядного струму з часом зменшується на 10% для обох типів катодів. Показано, що в електродній системі з катодами з міді напрацювання озону відбувається на 25% ефективніше.Исследовано изменение во времени формы импульсов разрядного тока импульсной отрицательной короны в кислороде с медными катодами и катодами из нержавеющей стали для двух режимов горения разряда, заключающееся в уменьшении амплитуды импульса и увеличении их длительности на полувысоте. Показано, что для катодов из нержавеющей стали количество электрического заряда, переносимого в одном импульсе разрядного тока, на 15% больше, чем для медных катодов. Также показано, что в режиме максимальной нагрузки величина заряда, переносимого в одном импульсе разрядного тока, со временем уменьшается на 10% для обоих типов катодов. Показано, что в электродной системе с катодами из меди наработка озона происходит на 25% более эффективно

Features of the microsecond pulsed discharge ignition in oxygen in a point-to-plane configuration

The results of investigations on electrodynamic characteristics of the pulsed barrierless discharge in the point-toplane electrode system in oxygen under the combined negative voltage application to the point-electrode are presented. It was shown that parameters of the combined voltage have significant influence on conditions for the discharge ignition and, as a result, on efficiency of ozone synthesis in this discharge.Представлено результати досліджень електродинамічних характеристик імпульсного безбар'єрного розряду в системі електродів голка-площина в кисні при використанні комбінованого живлення з негативним потенціалом на голчатому електроді. Показано, що параметри живлення істотно впливають на умови запалювання розряду і, як наслідок, на ефективність синтезу озону в даному розряді.Представлены результаты исследований электродинамических характеристик импульсного безбарьерного разряда в системе электродов игла-плоскость в кислороде при использовании комбинированного питания с отрицательным потенциалом на игольчатом электроде. Показано, что параметры питания существенно влияют на условия зажигания разряда и, как следствие, на эффективность синтеза озона в данном разряде