气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置及其方法与流程

本发明涉及一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置及其方法，属于高压脉冲放电技术领域。

背景技术：

高压脉冲放电具有陡前沿、窄脉冲的特点，可以提高电极间距宽的反应器的处理能力，增加放电的稳定性，增强放电等离子体反应器的传质效率。

水下脉冲放电技术，是在水中使用高压脉冲电源击穿放电，产生复杂的等离子体化学、紫外、冲击波、电子碰撞等物理过程，并进一步产生自由基(·oh、·o、·ho2、·h等)、臭氧(o3)和双氧水(h2o2)等活性成分。水下脉冲放电有利于反应物之间的相互扩散，催化剂辅助可提高处理效果。近年来水下脉冲放电被广泛应用于废水处理、水下灭菌、材料表面处理以及生物医学等领域。

目前对于水下脉冲放电的研究，较多的是单相体中的液电脉冲和气液两相混合体放电，对三相放电的研究报道较少；对于气液混合体反应器，靠近高压电极附近气泡中的电场相对较强，容易发生电离击穿，但由于气泡的流态复杂一定电压范围内放电气泡的时空分布呈现较大的随机性；大量的高浓度液体会导致更频繁的电子碰撞和更低的电荷迁移率，高压脉冲放电特性容易受到溶液电导率和流体含水率的影响。

经过查阅资料发现，关于气液固三相高压脉冲放电装置的研究较少。在对比专利cn201020672259“一种用于废水处理的水下脉冲射频等离子体放电装置”中，装置功率电极和接地电极的一部分浸入集水池内的水中利用脉冲射频场对溶液进行瞬间加热蒸发在电极表面形成局部的低密度气泡或气层区域，脉冲射频场在该区域击穿气体，从而激发产生脉冲射频等离子体。而我们的装置是通过通入气体，并在两个电极之间填充负载tio2的石英小球，利用滞留在小球间隙的气泡降低放电难度，效率更高。在对比专利中，对方装置作为集水池的玻璃容器直径为100mm大小，外围还设有电磁屏蔽箱，所以整体结构比我们的装置较为复杂。在对比专利中，对方装置并不能对产生的气体进行循环利用，本作品可以实现对气液两相的循环利用，提高的资源利用率，是一种环境友好型的实验装置。

技术实现要素：

基于以上水下脉冲放电的应用和研究现状，研制气液固三相环境下的高压脉冲放电活性成分发生装置是十分必要的，在气液两相体中加入固相形成三相放电后，固相通过将气泡滞留在放电区域内，降低气液两相中的放电难度。和气液两相放电相比，在气液固三相中放电，不仅存在气体的放电击穿，而且存在着固体颗粒的表面放电及局部放电，同时相邻的固体颗粒之间也存在着放电，击穿电压进一步降低，气液两相中的放电难度下降。同时固相上面可以负载催化剂，协同放电产生的紫外线和活性成分提高水处理效率。

探究气液固三相放电环境下，不同状态的溶液对高压脉冲放电电气特性的影响，对水下脉冲放电技术广泛应用于废水处理等领域具有推动作用。本发明提供了一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验及其方法，具体的技术方案如下：

一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置，所述装置包括气液固三相放电反应器、高压纳秒脉冲电源、电参数检测单元、活性成分检测单元、调压变压器、隔离变压器、气泵、液泵、气体流量计、液体流量计、气液分离器、缓冲气室、储水箱a、储水箱b、压力调节阀；

所述气液固三相放电反应器设有进气口、出气口、进水口和出水口，待处理水样连接储水箱b的入口，储水箱b的出口连接液泵入口，液泵出口连接液体流量计入口，液体流量计出口连接气液固三相放电反应器的进水口，气液固三相放电反应器的出水口连接储水箱a的入口，储水箱a的出口连接储水箱b的入口和活性成分检测单元；

所述气液固三相放电反应器的出气口连接气液分离器入口，气液分离器的出口分别连接缓冲气室入口和储水箱a的入口，气源通过压力调节阀连接缓冲气室入口，缓冲气室的出口连接气泵的入口，气泵的出口连接气体流量计的入口，气体流量计的出口连接气液固三相放电反应器的进气口；

所述隔离变压器、调压变压器、高压纳秒脉冲电源依次连接，所述隔离变压器连接市电，所述的高压纳秒脉冲电源连接气液固三相放电反应器，气液固三相放电反应器连接电参数检测单元。

上述气液固三相放电反应器包括上部、中部和下部，中部为不锈钢圆筒体，上部和下部均由聚四氟乙烯材质构成。上部包含出水口、出气口、上绝缘挡板，下部包含进气口、进水口、下绝缘挡板、电极支架，上部与下部分别通过螺纹与中间的不锈钢圆筒体连接。不锈钢圆筒体内包括高压电极，且填充满固相小球；所述高压电极上端穿出上绝缘挡板、下端通过电极支架固定在下绝缘挡板上方。

上述高压电极上带有螺纹，高压电极的材质选用钨、钼、钛、不锈钢、钨钼合金或者钛合金。

上述上、下绝缘挡板的材质是聚四氟乙烯、有机玻璃材质中的一种，上、下绝缘挡板上开设有阵列的小孔，上绝缘挡板的阵列小孔可以使得放电反应器内的水气流出，下绝缘挡板上的阵列小孔是用于将通入的气体变成气泡，进一步降低放电的难度。

上述电极支架的材质为石英、玻璃、陶瓷中的一种。

上述固相小球的采用玻璃或者石英，小球直径为0.50mm-5.00mm范围内。

上述固相小球表面负载催化剂。

上述催化剂为二氧化钛或者二氧化钛和氧化石墨烯的组合。

一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验方法，利用上述的装置，包括如下步骤：

step1：打开待处理水样和储水箱b之间的阀门，待处理水样进入储水箱b，待储水箱b装满后关闭阀门；

step2：打开压力阀、气泵，使气体在气液固三相放电反应器内循环；

step3：打开液体流量计与气液固三相放电反应器进水口之间的单向阀，打开液泵，当液体开始流进液固三相放电反应器时，打开电源进行放电处理；

step4：当储水箱b空时关闭电源、液泵以及气泵、压力阀；

step5：打开储水箱a和储水箱b之间的阀门，使储水箱a的水样全部流入储水箱b，随后关闭阀门，如果循环处理水样，流程返回到step2，实验完成后，关闭电源、高压液泵系统、气泵、所有阀门；

如果不循环处理水样，实验平台按照step1、step2、step3、step4操作；实验完成后，关闭电源、高压液泵系统、气泵、所有阀门。

若实验过程中或实验后要对处理后水样进行活性成分含量检测，打开储水箱a与活性成分检测单元之间的阀门，储水箱a中的处理后水样流向活性成分检测单元，实现对处理后水样中的活性成分实时检测。

液相放电等离子体技术是一种新型的水处理高级氧化技术，是处理造纸、制药、印染等生物难降解有机废水的较理想的和有潜力的技术。

理论上，交流、直流和脉冲电场均可以用于液相放电，但高压脉冲放电具有纳秒量级的上升、下降沿和窄脉宽，放电间隙内的电场变化率更大，更容易击穿放电电极内的介质，产生活性成分。高压纳秒脉冲电源可以提高电极间距宽的反应器的处理能力，增加放电的稳定性，增强放电等离子体反应器的传质效率，持续稳定的生成和维持非平衡等离子体，因此近年来应用较多的是水中脉冲放电。采用水下脉冲放电技术可以在液体中产生等离子体，这一过程能同时产生冲击波、紫外线、强氧化自由基和强电场四种作用效果。

为了使气体在反应器内部滞留时间延长，从而降低放电反应的难度，本发明通过在两个电极之间填充固相小球来实现。在气液两相体中加入固相形成三相放电后，不仅存在着气体的放电击穿，而且存在着固体颗粒的表面放电及局部放电，同时相邻的固体颗粒之间也存在着放电，在气体的作用下，系统中存在着复杂的“三交界面”放电现象，这些局部放电、微放电以及伴随放电产生的紫外光、冲击波等的综合作用，很容易在“三交界面”的狭小区域内更充分地发挥作用。反应器中放电的时空分布更加均匀，放电状态更加稳定,产生的活性物种量将更多,同时由于介质颗粒床层的作用，也将会更加有利于传质和化学作用的发生。

附图说明

图1是本发明装置的方案框图；

图2是实施例一装置的结构示意图；

图3是气液固三相放电反应器的整体结构图；

图4是气液固三相放电反应器的内部纵向结构图；

图5是固相小球的示意图；

图6是上、下绝缘挡板的结构示意图；

图7是图6的侧视图；

图8是保护套的结构示意图；

图9是能量获取及计算流程；

图10是实施例二的气液固三相放电反应器供电波形图；

图11是实施例二的气液固三相放电反应器功率谱；

图12是实施例三的实验操作流程；

图13是实施例三的不同电导率找临界击穿电压流程；

图14是实施例四的含水率调节流程图；

图15是实施例四的不同含水率找临界击穿电压流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种气液固三相脉冲放电电气特性研究实验装置，所述装置包括气液固三相放电反应器、高压纳秒脉冲电源、电参数检测单元、活性成分检测单元、调压变压器、隔离变压器、气泵、液泵、气体流量计、液体流量计、气液分离器、缓冲气室、储水箱a、储水箱b、压力调节阀；

所述气液固三相放电反应器设有进气口、出气口、进水口和出水口，待处理水样连接储水箱b的入口，储水箱b的出口连接液泵入口，液泵出口连接液体流量计入口，液体流量计出口连接气液固三相放电反应器的进水口，气液固三相放电反应器的出水口连接储水箱a的入口，储水箱a的出口连接储水箱b的入口和活性成分检测单元；

所述气液固三相放电反应器的出气口连接气液分离器入口，气液分离器的出口分别连接缓冲气室入口和储水箱a的入口，气源通过压力调节阀连接缓冲气室入口，缓冲气室的出口连接气泵的入口，气泵的出口连接气体流量计的入口，气体流量计的出口连接气液固三相放电反应器的进气口；

所述隔离变压器、调压变压器、高压纳秒脉冲电源依次连接，所述隔离变压器连接市电，所述的高压纳秒脉冲电源连接气液固三相放电反应器，气液固三相放电反应器连接电参数检测单元。

如图3、图4所示，上述气液固三相放电反应器包括上部、中部和下部，中部为不锈钢圆筒体1，上部和下部均由聚四氟乙烯材质构成。上部包含出水口、出气口、上绝缘挡板3，下部包含进气口、进水口、下绝缘挡板4、电极支架5，上部与下部分别通过螺纹与中间的不锈钢圆筒体连接。不锈钢圆筒体内包括高压电极2，且填充满固相小球；所述高压电极上端穿出上绝缘挡板3、下端通过电极支架5固定在下绝缘挡板4上方。

上述高压电极2上带有螺纹，突起的螺纹表面曲率半径较小，局部电场更强，相较于光滑表面更有利于击穿两电极之间的介质。高压电极2的材质选用钨、钼、钛、不锈钢、钨钼合金或者钛合金。

如图6所示，上述上、下绝缘挡板的材质是聚四氟乙烯、有机玻璃材质中的一种，上绝缘挡板3上开设有阵列的小孔，可以使得放电反应器内的水气流出。下绝缘挡板4上的阵列小孔的作用一是分散通入反应器中的空气产生较为均匀的气泡，从而降低反应难度，作用二是固定电极，防止倾倒；绝缘挡板与带有螺纹的金属电极通过电极支架相嵌，其作用为固定电极，防止倾倒；

如图7所示，绝缘挡板外直径为d2，厚度为h1，其中心开有直径为d1的光孔，用以放置电极支架；表面开有阵列的小孔，分为3层，等距排布；小孔直径为d3，为使直径为d4的石英小球放进反应器中不会堵塞小孔而影响水、气的通入，所以小孔直径与石英小球直径应满足任意相邻两小孔中心距大于任意相邻两石英小球中心距，满足如下关系式，其中δdi为任意两小孔中心距：

δdi<d4(1)。

如图8所示，上述电极支架的材质为石英、玻璃、陶瓷中的一种。由于高压放电会产生局部高温，电极支架可以防止金属电极与绝缘挡板的接触点发生局部高温损坏。电极支架的小直径圆柱端插在装置底部的绝缘挡板直径为d1的光孔中；材质为玻璃、石英或陶瓷，有高绝缘性，防止高压电极对反应器底部放电，此外玻璃、石英或陶瓷材质熔点较高，不会因反应的高温而熔化；电极套为双台阶结构，上端圆柱直径为d5、高为h2、下端圆柱直径为d1、高为h3、上端面开有直径为d1、深度为h4的圆柱槽，用来固定高压电极。

如图5所示，上述固相小球的采用玻璃或者石英，小球直径为0.50mm-5.00mm范围内。固相小球表面可以负载催化剂，也可以不负载催化剂。在两个电极之间的缝隙填充满固相小球，通入水和气体的过程中，滞留在小球间隙的气泡可以提供降低放电难度的条件。若固相小球上负载催化剂，在实际应用中，如水处理，将有效提高处理效率。固相小球的材质一般采用玻璃或者石英。小球直径2r一般设计在0.50mm-5.00mm范围，如果小球过小，不利于通入反应器的气体变成气泡状，容易造成反应器内堵塞；如果小球过大，比表面积小，表面负载催化剂量较少，协同催化降解废水中有机物或有毒害物质的效果会降低。

固相小球上面负载的催化剂常用二氧化钛。二氧化钛在放电产生的紫外线的激发下，形成超氧离子自由基(·o2^-)和羟基自由基(·oh)，能穿透吸附在固相小球表面的细菌细胞壁，破坏细胞膜质，有效杀灭细菌；二氧化钛在光照的条件下，能使水中的有机物发生氧化还原反应，最终变成对环境无害的二氧化碳和水等无害物质。

二氧化钛负载工艺如下：选用粒径为0.50mm-5.00mm的石英小球烧成具有多孔的石英小球,然后将小球浸入钛酸丁酯(ti(oc4h9)4)酒精溶液中，再慢慢向上提,并使用风扇对吹促进酒精挥发，使溶液在石英小球表面生成钛酸薄膜。然后再将多孔石英小球放350-400℃的炉内高温焙烧脱水2小时，形成tio2薄膜。

固相小球上面负载的催化剂还可以是二氧化钛与氧化石墨烯的组合物。氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。石墨烯因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

本发明将二氧化钛和氧化石墨烯相结合，共同附着在固相小球上。首先将固相小球浸泡在hf(氢氟酸)和naf(氟化钠)的混合溶液中，然后在加热环境下加入氧化石墨烯，氧化石墨烯附着在固相小球的工艺对溶液的用量和加热温度以及时间的要求都很高。将氧化石墨烯附着在固相小球上，将进一步增大二氧化钛催化剂附着的比表面积，同时还可以利用氧化石墨烯的特性，协同氧化石墨烯和二氧化钛，进一步提高催化降解水中有机物、无机物的效率。

本发明使用吸光度法检测活性成分的生成量。取一定量待检测液体加入显色试剂充分混合后静置，待显色试剂与被检测活性成分充分反应后用紫外可见光分光光度计进行检测，即可得出反应后生成物质的吸光度特征峰，此特征峰波长不同于原被检测物质，用特征峰的强度经计算即可得到被检测活性成分的生成量。显色反应可使用吉大.小天鹅的臭氧、亚硝酸盐氮显色试剂。此外还可直接用液相浓度仪器测量活性成分的生成量，如可用吉大·小天鹅的臭氧测定仪(gdys-101sc2)、亚硝酸盐氮测定仪(gdys-101sx3)、和kyoritsuchemical-checklab.corp的过氧化氢测定仪(dpm-h2o2)。

实施例一：

如图2所示，实验平台结构图，该平台实现了气液固三相高压脉冲放电水处理实验系统。高压纳秒脉冲电源输出端的电压与输入端的电压成正相关，旋转调压变压器的旋钮，可以改变高压纳秒脉冲电源输入端的电压，从而改变高压纳秒脉冲电源输出端的电压。

如图2所示，高压纳秒脉冲电源为放电反应器提供高压脉冲激励，高压电压探头vp(northstar：pvm-5)采集气液固三相放电反应器端的电压，高频电流探头cs(pearson：6595)采集放电反应器端的电流，混合域数字示波器(tektronix：mdo3054)监测气液固三相放电端的供电电压电流波形。储水箱b储存待处理的原始水样，单向节流阀vl1控制待处理水样流向储水箱b的通断。ml是可调节流量的液泵，可将储水箱b中的原始水样从进水口泵入放电反应器内。fl是液体流量计，监测流向气液固三相放电反应器的液体瞬时流量。单向节流阀vl2控制储水箱b中水样从进水口流向反应器的通断，同时防止液体从进水口倒流。储水箱a储存放电处理后水样，单向节流阀vl3控制储水箱a中水样流向储水箱b的通断。单向节流阀vl4控制储水箱a中水样流向活性成分检测单元的通断。

mg为可调节流量的气泵，可以将缓冲气室中的气体从进气口泵入气液固三相放电反应器。fg为气体流量计，监测流向气液固三相放电反应器的气体瞬时流量。单向节流阀vg控制缓冲气室中气体从进气口流向气液固三相放电反应器的通断，同时防止液体从进气口倒流进气泵。气液分离器可以将从出气口出来的湿润气体分离为气体和液体，干燥的气体再次通入缓冲气室，液体再次流入储水箱a。缓冲气室储存残余气体和反应产生的气体。压力阀控制气源中空气补充进入缓冲气室，保持装置内部循环的气压恒定，使气体在气液固三相放电反应器中循环流动。

整个应用平台的工作流程如下所示：

step1：打开阀门vl1，待处理水样进入储水箱b，待储水箱b装满后关闭阀门vl1。

step2：打开压力阀、气泵mg，使气体在气液固三相放电反应器内循环。

step3：打开单向节流阀vl2，打开液泵ml。当液体开始流进气液固三相放电反应器时，打开电源进行放电处理。

step4：当储水箱b空时关闭电源、液泵ml、气泵mg、压力阀。

step5：打开阀门vl3，使储水箱a的水样全部流入储水箱b，随后关闭vl3。如果循环处理水样，流程返回到step2。实验完成后，关闭电源、高压液泵系统、气泵、所有阀门。

如果不循环处理水样，实验平台按照step1、step2、step3、step4操作。实验完成后，关闭电源、高压液泵系统、气泵、所有阀门。

若实验过程中或实验后要对处理后水样进行活性成分含量检测，打开vl4，储水箱a中的处理后水样流向活性成分检测单元，实现对处理后水样中的活性成分实时检测。

实施例二：分析不同击穿电压下的能量与活性成分关联特性：

击穿电压定义：

在气液固三相高压纳秒脉冲放电反应器中，高强电场会击穿两极间的介质，形成放电通道。一旦放电通道形成，反应器负载瞬间降低，流经放电反应器的电流突升，由于电源功率有限，放电反应器端的供电电压发生突降。通过观测示波器上，放电反应器端的电压电流波形，判断是否发生了击穿。当放电反应器上的电压幅值瞬间突升，电流幅值瞬间突降，则认为两极间的介质在高强电场下被击穿，此时放电反应器端的供电电压称为击穿电压。

含水率定义：

本实施例采取控制变量法，固定溶液电导率，改变通入反应器的水气比例，从而改变含水率。

含水率α定义为水样的体积与水样和气体的总体积的比值：

其中水样的体积vl，水样和气体的总体积vt可以用以下公式表示：

vl＝svlt(7)

vt＝svlt+svgt(8)

s表示反应器进水方向的横截面积，vl为水样在反应器内的流速，vg为气体在反应器的流速。所以含水率α还可以用以下公式表示：

横截面积与流速的乘积等于流量，通入的水样的流量ql，通入的气体的流量为qg，流量单位均为lpm(升每分钟)，通入的水气总流量qt公式如下：

qt＝ql+qg(10)

所以含水率α还可以定义为水样流量与水样和气体的总流量的比值：

本实施例中，通过保持qt不变，设定不同的含水率，计算出对应的ql和qg。

能量获取及计算流程：

如图7展示了放电反应器端的供电能量获取和计算流程。确定含水率和水样电导率后，高压纳秒脉冲电源开始激励放电反应器。用高压电压探头(northstar,pvm-5)采集放电反应器端的电压，高频电流探头(pearson,6595)采集放电反应器端的电流。用混合域数字示波器(tektronix,mdo3054)监测放电反应器端的供电电压电流波形。如果出现上述定义的放电击穿情况，就存储当前示波器上展示的电压电流波形数据，将数据导出到u盘中。如果当前实验条件下，两极间介质未发生击穿，则调节电源前端的电压，直到示波器上电压电流波形发生突变。

对获取的电压电流波形数据在origin中作图，采用瞬时功率法和半峰全宽法计算单次脉冲施加在放电反应器上的能量。

固定水气总流量为qt，在某一确定的含水率、水样电导率的情况下，当放电反应器端的击穿电压不同，反应器上的供电能量以及活性成分含量是不同的。

当负载上的电压和电流波形比较规则时，适合使用瞬时功率法计算供电能量，如图10所示为供电电压和电流波形，将电压和电流相乘后可得图11所示的瞬时功率谱图，再使用半峰全宽(full-widthathalf-maximum:fwhm)法，可获得供电能量。单个脉冲周期内(singlepulse)的能量esp的表达式为：

esp＝∑pi·ti(2)

公式(2)中，pi为第i个功率峰值，ti为第i个功率半峰值所占的时间。

持续放电t时间内的总供电能量et的表达式为：

et＝t×f×esp(3)

其中f为高压纳秒脉冲电源的脉冲重复频率。

实验数据记录表1所示

表1

实施例三：探究不同溶液电导率下临界击穿电压规律和活性成分生成特性实验

溶液电导率是影响临界击穿电压与活性成分生成特性的一个重要因素，因此，需要探究在不通溶液电导率下临界击穿电压的规律以及活性成分生成特性。保持含水率、气液总流量、放电时间等无关变量不变，改变每次溶液的电导率进行，实验探究在不通溶液电导率下临界击穿电压的规律以及活性成分生成特性。

不同电导率溶液的配制方法如下：

确定所需电导率范围，均等分得出实验电导率数值点，进行配制。首先计算一定体积去离子水要达到某电导率所需加入的导电溶质的质量，称取定量导电溶质晶体，加入装有去离子水的水箱中充分混合静置即可。

一定溶液电导率下所需导电溶质质量计算过程如下：

上式λm为摩尔电导率，单位为s·m²·mol^-1是指把含有1mol电解质的溶液置于相距为单位距离的电导池的两个平行电极之间，这时所具有的电导；为极限摩尔电导率，单位同摩尔电导率，是指由于溶液的离子的相互作用，只有溶液无限稀释，摩尔电导率才能真正反映出该强电解质的导电能力，称为极限摩尔电导率，对于某特定物质来说其极限摩尔电导率是一个常数，以导电溶质为nacl为例：β为一个常数，与温度、电解质和溶剂油管；c为溶质的物质的量浓度，单位为mol·m^-3。

摩尔电导率λm与电导率k，溶质物质的量浓度c有下式关系：

上式k为溶液电导率，单位为s·m^-1，由dds—11a数显电导仪测得。

联立式(4)和(5)可得出溶质的物质的量浓度c。再由下式即可求出所需导电溶质质量m:

m＝c·v·m(6)

m为所需导电溶质质量，单位为g；v为去离子水体积，单位为l；m为溶质的摩尔质量，单位为g·mol^-1，m(nacl)＝58.5g·mol^-1。

导电溶质可以选择强电解质盐类，如nacl、kcl、nano3等，均采用分析纯，减少溶液电导率误差。经过以上计算我们可以配制不同电导率的溶液，现用现配，以保证溶液电导率的准确性。

图12为探究不同电导率下临界击穿电压规律以及活性成分生成特性的实验流程图。步骤如下：

step1：溶液配制

计算不同电导率实验点下所需溶质质量并与一定体积去离子水充分混合得到待处理水样。

step2：调节气液两相流量

固定含水率后，分别计算液体流量、气体流量，调节气泵、液泵，使两相流量达到预算数值。

step3：放电找寻击穿电压

打开气泵、液泵，等到反应器出水出气管末端气液两相稳定输出时打开电源输出按钮，开始放电，放电期间，时刻观察示波器上电流、电压波形，若在此电压下发生击穿，则降低电压，直至不能击穿为止，找出临界击穿电压并记录、采集数据，若未发生击穿，则升高电压，直至击穿为止，找出临界击穿电压并记录、采集数据。

step4：活性成分生成量检测

单次试验结束后，取放电后的水样25.00ml为待检测水样，进行活性成分的检测。

step5：能效比计算

用采集到的电流电压数据用半峰全宽法计算一个放电周期的能量，用活性成分生成量除以一个放电周期的能量即得到能效比。

step6：图像绘制

以溶液电导率为横坐标，分别以活性成分生成量、临界击穿电压为纵坐标作出图像。

实验数据记录表格如下表2：

表2

相同含水率下溶液电导率与临界击穿电压关系找寻方法：

如图13所示，为探究不同溶液电导率的临界击穿电压和活性成生成关联特性，首先确定实验所需溶液电导率范围，均分得出实验电导率点，针对不同的溶液电导率均从较小电源输入电压开始逐渐升压，同时观察示波器上的电压电流波形，依照击穿电压所对应的电压电流波形形状特征即可确定电压是否为击穿电压，首次找到的击穿电压即为临界击穿电压。随后记录示波器上所显示的电压电流峰—峰值，并用移动硬盘通过示波器上的usb接口存储此组电压电流数据，绘制出临界击穿电压与溶液电导率的关系曲线。

实施例四：探究不同含水率下临界击穿电压规律和活性成分生成特性实验

含水率定义：

本实施例采取控制变量法，固定溶液电导率，改变通入反应器的水气比例，从而改变含水率。

含水率α定义为水样的体积与水样和气体的总体积的比值：

其中水样的体积vl，水样和气体的总体积vt可以用以下公式表示：

vl＝svlt(7)

vt＝svlt+svgt(8)

s表示反应器进水方向的横截面积，vl为水样在反应器内的流速，vg为气体在反应器的流速。所以含水率α还可以用以下公式表示：

横截面积与流速的乘积等于流量，通入的水样的流量ql，通入的气体的流量为qg，流量单位均为lpm(升每分钟)，通入的水气总流量qt公式如下：

qt＝ql+qg(10)

所以含水率α还可以定义为水样流量与水样和气体的总流量的比值：

本实施例中，通过保持qt不变，设定不同的含水率，计算出对应的ql和qg。

调节方法：

如图15所示，在气泵mg与反应器间加装了阀门vg，在液泵ml与反应器之间加装了阀门vl2，通过调节阀门以控制气液流量。vg为单向节流阀，使得气体只能由气泵向反应器单向流动。vl2也为单向节流阀，使得液体只能由液泵向反应器单向流动。

气体流量计fg与液体流量计fl则用于显示当前通入反应器的气体、液体的流量。

如图14所示为含水率调节方法流程图。实验开始时，首先打开阀门vl1，等储水箱b满，关闭vl1。打开液泵ml、vl2，使液体泵入放电反应器。调节ml，使得fg的示数等于ql。

打开压力阀、气泵mg、vg，使气源泵入放电反应器。调节mg，使得气体流量计fg示数等于qg。由于通入液体和气体之间的压力扰动，fg和fl的示数与ql、qg有细微差别，再微调ml、mg，使得两者之间相同。待调节结束后，打开电源开始放电。

找临界击穿电压：

如图15所示，为探究不同流体含水率的临界击穿电压和活性成生成关联特性，首先确定实验所需流体含水率范围，均分得出实验含水率点，针对不同的流体含水率均从较小电源输入电压开始逐渐升压，同时观察示波器上的电压电流波形，当电压波形发生突降，电流波形发生突升时的瞬时电压即为击穿电压，首次找到的击穿电压即为临界击穿电压。随后记录示波器上所显示的电压电流峰—峰值，并用移动硬盘通过示波器上的usb接口存储此组电压电流数据，绘制出临界击穿电压与流体含水率的关系曲线。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。