1.1研究背景

随着世界经济全球化和海上丝绸之路的发展，船舶运输已经成为国际货物的重要的运输方式之一。在船舶运输过程中，柴油机排放的氮氧化物、硫氧化物、颗粒物等废气污染物对自然环境造成了极大的危害。尾气污染物对于港口城市和沿海城市，危害会更大。SCR法是目前应用最多、最成熟的一种烟气脱硝技术，它也存在着要消耗ＮＨ３和催化剂、运行费用高、设备投资大等缺点。现有的脱硫脱硝技术在应用上已较为成熟，但多种脱除装置的同时应用势必会提高电厂的运行成本。等离子体方法可以同时脱除Ｓ０２、ＮＯ可吸入颗粒物、重金属以及挥发性有机化合物，且具有效率较高、系统简单、便于操作、成本低等优点，能否研究一套设备同时实现控制多种船舶柴油机废气排放出的污染物，并且可以去除多种污染物，且这套设备具有占地面积小、经济性好、效率高等有点，将是以后研究的方向。

1.2研究现状

目前，国内外很多研究者都利用DBD反应器进行脱硫脱硝的研究，在放 电形式、反应器优化、化学反应动力学模拟等诸多方面都取得了很多有益的成 果，但同时应该看到：由于介质阻挡放电是以微观粒子为研究对象，且各种碰 撞与反应时间又非常短暂（通常以１０－９ｓ作为数量级）。因而，单纯通过宏观的实验与简化模型还不能得到较为准确的结果。而现有的等离子体探测手段也还 做不到精确而又简单的诊断。 因此，为了能得到对现有DBD反应器的优化方案，有必要对DBD的微放电过程进行数值模拟。得到相关的参数值（如放电空间中各点的电场强度、电子数密度等）。在充分了解这些参数（尤其是高能电子）与污染物脱除的关系后， 通过在程序中改变介质参数和条件变量（外加激励电压、激励频率等），从而得到不同的电场和粒子的时空分布。采用更利于脱除污染物的工况所设定的参数值。从而实现了对反应器的优化设计。

DBD反应器是实现DBD脱硫脱硝的核心装置，要想实现降低能耗、提高 效率的目标，必须对现有反应器进行优化设计。目前，国内外科研人员在这方 面已经做了大量有益的工作。主要分为理论研究和实验研究两个方面：

１.2.1 理论研究： 董冰岩等首次采用波方程进行线板式非热等离子体脱硫反应器内的变电场分布计算，为反应器的结构优化提供了理论依据。 何涛等利用XOOPIC软件对同轴圆筒状反应器介质阻挡放电特性进行了二维模拟研究，在给定条件下再现了微放电通道形成和发展过程，获得了电子、离子、介质表面电荷密度和电场强度随时间和空间的分布。夏卫东等为了建立等离子体反应器内部的化学反应动力学模型，做出如下假设：（１）忽略等离子体的磁效应；（２）只考虑电子的运动对等离子体过程的影响；（３）认为粒子均匀分布，电场均匀分布；（４）反应器内温度分布均匀，自由基分布均匀。并将整个模型分为两个部分：高能电子撞击过程和一般的化 学反应过程。２００５年，大连理工大学的张远涛等通过数值求解双流体方程，在均匀的初始条件下模拟了大气压下丝状放电的整体时空演化。研究发现，介质表面电 荷是影响丝状放电整体时空演化的关键因素之一，研究还表明，各放电通道有 遍历整个放电空间的趋势。

1.2.2 实验研究 钟侃等通过在DBD反应器中填入电介质小球，并与没有填入电介质小球的情况进行对比实验，得到的结果是：填入石英球时，ＮＯ的转化和能量利用效率都优于无填充情况，同时可以促使反应器内的电场和气流在空间分布更均匀，增加反应气流与放电等离子体的接触机会。余刚等分别建立了新型低能耗的Ｎ２．ＮＯ系统的单电极尖端放电和介质阻挡放电非热等离子体ＮＯ还原实验系统，通过实验研究了电极极间电压、尖端距离和介质材料对活性Ｎ原子及ＮＯ还原率的影响规律。聂超群等人在等离子体激励因素诱导流场变化实验和数值模拟分析的基础上，探索了介质阻挡放电等离子体流动控制的效应。结果表明湍流模型优于层流模型。通过平板流动实验与压气机叶栅实验相结合的措施，研究了等离 子体对外流、内流加速与抑制流动分离的耦合作用。实验结果表明：等离子体 激励可以改变边界层的速度特性，在低速流动条件下，采用等离子体激励方式 能达到抑制流动分离的目的。 Ｋｏｉｃｈｉ Ｔａｋａｋｉ等研究了在介质阻挡放电反应器中，利用不同的电极结构来提高ＮＯ。脱除效率。实验表明：多点电极要优于板电极和沟电极。

1.3研究目的及意义

介质阻挡放电的基本原理 ：介质阻挡放电是一种将绝缘介质插入放电空间的气体放电，介质可以覆盖在一个电极上，也可以同时覆盖在两个电极上，或者悬挂于放电空间间隙中。由于电介质的存在，在放电过程中，可以避免电弧的生成，使气体放电保持均匀、弥漫、稳定的多个微电流细丝的状态。介质阻挡反应器大多与高压交流电相连，反应器包含高压电极、接地电极和电介质三个组成部分。

与其他放电方式相比，介质阻挡放电还具有安全性更高、电极寿命更长、处理范围广、效率高、净化速率快等特点，符合当今社会的发展需求。