بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله، طراحی، شبیهسازی و ساخت دستگاه DBD برای از بین بردن آلاینده SO2 تشریح شده است. پس از ساخت دستگاه، درصد دیاکسید سولفور در ورودی و خروجی دستگاه، با استفاده از تشخیصگر گاز Testo 350 اندازهگیری شده است. نتایج تجربی نشان دادهاند که غلظت گاز SO2 پس از عبور در طول 15 سانتیمتر دستگاه DBD بیش از 60 درصد کاهش یافته است. نتایج شبیهسازی صورت گرفته در نرمافزار کامسول با نتایج تجربی سازگار است. شبیهسازی برای طول 30 سانتیمتری انجام شده است تا تاثیر افزایش مسیر گاز در پلاسما بر میزان تجمع گاز بررسی شود. سیستم طراحی شده علاوه بر SO2 امکان از بین بردن NOx و سایر آلایندهها را نیز دارد.
مقدمه :
از میان آلایندههای ساخت بشر در اتمسفر، دیاکسیدگوگرد بیشترین سطح مطالعات را به خود اختصاص داده است.[1] از جمله مضرات اکسیدهای گوگرد بر بدن انسان میتوان به تنگ شدن مجاری تنفس، اسپاسم برونش، سوزش چشم و مجاری تنفسی، کاهش کارایی تنفسی و تنگی نفس، کم شدن عمق تنفس، کاهش سیستم دفاعی ریه و در نهایت تشدید عوارض قلبی و عروقی و تنفسی اشاره کرد. بیش از 80 درصد دیاکسیدگوگرد تولید شده به وسیله بشر مربوط به مصرف سوختهای فسیلی است که از این مقدار سهم نیروگاههای برق حدود 85 درصد و سهم خودروها حدود 2 درصد است. این گاز بیرنگ بوده و غیر قابل انفجار است و در صورت برخورد با سطوح بسیاری از جامدات با آنها برهمکنش میکند؛ بویی خفه کننده دارد و در آب و قطرات باران حل شده و به تریاکسیدگوگرد و نهایتا اسید سولفوریک تبدیل شده و ایجاد باران اسیدی میکند.
استفاده از شیوههای نوین برای حذف انواع آلاینده از جمله دیاکسیدگوگرد، میتواند تاثیر بسزایی در این زمینه داشته باشد. یکی از این روشهای نوین استفاده از پلاسما است. پلاسما را میتوان به دو دسته کلی حرارتی و غیرحرارتی تقسیم کرد. در پلاسمای غیرحرارتی یا سرد، دمای الکترونها و سرعتشان بسیار بیشتر از سایر ذرات پلاسما مانند یونها و رادیکالها هستند. دمای ماکروسکوپی این نوع پلاسما در محدوده دمای اتاق است از جمله مولدهای پلاسمای سرد، پلاسمای تخلیه سددیالکتریکاست1 که اختصاراً DBD نامیده میشود. به طور کل بازدهی دستگاههای DBD بالاست و مصرف انرژی بسیار پایینی دارد و در فشار اتمسفر عمل میکند.
در دستگاه DBD حداقل به وجود یک مانع دیالکتریک بین صفحات رسانای متصل به ولتاژ از مرتبهی کیلو ولت و متناوب نیاز است زیرا دیالکتریک به عنوان یک عایق نمیتواند جریان DC را از خود عبور دهد. برای انتقال جریان در فاصله تخلیه و ایجاد شکست در گاز، میدان الکتریکی بین دو صفحه DBD باید به اندازه کافی بالا باشد.[6] فاصله فضای تخلیه DBD های مختلف بر اساس کاربردهای آنها از μ تا چند سانتیمتر تغییر میکند.
در فشار اتمسفر فاصله فضای تخلیه از ابعاد میلیمتر است که برای ایجاد آن نیاز به منبع تغذیه ولتاژ بالا - چند ده کیلو ولت - داریم. تخلیهها در DBD از تعداد زیادی رشتههای جریان کوتاه عمر تشکیل میشوند.[9 -6] از لحاظ شکل ساختاری DBD ها به دو دسته کلی مسطح و استوانهای قابل تقسیم هستند. در DBD مسطح الکترودها به صورت دو صفحه تخت به موازات یکدیگر در مقابل هم قرار میگیرند؛ اما در DBD استوانهای الکترودها استوانههای تودرتوی هممحور با شعاعهای متفاوت هستند، بنابراین چگالی پلاسما برخلاف حالت مسطح در نزدیکی دو الکترود متفاوت خواهد بود.
ساخت DBD مسطح به مراتب سادهتر است و پیچیدگیهای ساختاری کمتری دارد اما گاهی این نوع DBD از لحاظ شکل ساختاری برای کاربرد مورد نظر مناسب نمیباشد.[9 -6] از آنجا که در فرآیند حذف آلاینده-ها، گاز باید به طور کامل از بین دو الکترود عبور کند و هیچگونه نشتی از بین صفحات الکترود نداشته باشد استفاده از ساختار استوانهای موجهتر و قابل اطمینانتر است. تمرکز این مقاله بر روی طراحی این نوع DBD و پیچیدگیهای ساختاری آن بوده و سپس نتایج حاصل از تست گاز دیاکسیدگوگرد با سیستم طراحی و ساخته شده ارائه شده است.
طراحی دستگاه و اساس عملکرد آن:
شکل - 1 - شماتیک دستگاه مولد پلاسمای سددیالکتریک و تصویری از سیستم آزمایشگاهی ساخته شده - نمای بیرونی و داخلی دستگاه - در این تحقیق را نشان میدهد. مطابق شکل یک میله استیل که در داخل یک استوانه پیرکس قرار گرفته است الکترود مرکزی را تشکیل میدهد. الکترود دوم یک فویل آلومینیومی است که حول استوانه پیرکس پیچیده شده است. الکترود مرکزی باید کاملا به صورت متقارن در مرکز عایق پیرکس واقع شود.
هرگونه عدم تقارن در قرارگیری الکترود مرکزی منجر به تشکیل پلاسما تنها در یک سمت لوله شده و در نتیجه بخشی از گاز عبوری تحت تاثیر پلاسما قرار نمیگیرد. هوا و گاز دیاکسیدگوگرد از یک سمت استوانه وارد شده و بین الکترود مرکزی و عایق پیرکس شارش میکند و از انتهای لوله خارج میشود. طول مسافتی که گاز از بدو ورود تا لحظه خروج از فضای DBD طی میکند 15 سانتیمتر، فاصله شعاعی بین الکترود مرکزی و قسمت داخلی لوله پیرکس 3 میلیمتر و ولتاژ اعمالی به الکترودها 15 کیلو ولت با فرکانس 30 کیلوهرتز است.
