臭氧产生过程是一个耗能过程,较高的能耗成为限制臭氧进一步推广应用的重要因素。目前商用臭氧发生器的能量利用效率不到20%,大部分输入能量都以热量形式散失,造成放电间隙的气体温度升高,加速臭氧分解。随着对臭氧产生机理的深入研究,臭氧产率得到了一定的提高,但与热化学理论值1226 g/kWh仍有较大差距。本文采用经典热力学的方法,分析了臭氧产生过程中的能量转化关系,提出了不同工况下可能实现的臭氧产率极限,并通过数值模拟与实验结合的方法研究了温度因素对臭氧产生过程的影响。获得的主要结论如下:(1)为臭氧产生过程建立了详细的热力学模型,分别从总反应和基元反应两个方面研究了臭氧的产率极限。仅考虑总反应时,臭氧产率极限随原料气体中的氧气比例和氧气转化率的增加而升高,随终态气体温度的升高而降低。当氧气转化率10%,终态气体温度400 K时,氧气源和空气源对应的臭氧产率极限分别是921.22 g/kWh和487.54 g/kWh。从基元反应考虑时,臭氧的产率极限随折合电场强度和氧气转化率的增大而上升,当折合电场强度为300 Td,氧气源和空气源对应的臭氧产率极限分别是238.92 g/kWh和191.14 g/kWh。(2)臭氧发生器的传热数值模拟结果表明:进入放电间隙气体的温度沿气体流动方向逐渐升高,在出口附近时达到最高值。气体流量较低时,入口处气体温度呈放射环状分布,靠近中线区域的气体温度偏低。由于放电间隙非常狭窄,纵向气体温度变化量小于3 K。放电间隙内的平均气体温度随入口气体温度的升高而升高,随气体流量的增加而降低,较大的气体流量还会影响放电间隙内的温度分布。(3)放电间隙平均气体温度的变化对放电功率、臭氧浓度和臭氧产率影响明显。随着放电间隙的平均气体温度升高,放电功率、臭氧浓度和臭氧产率均降低。当平均气体温度较高时,温度变化对臭氧浓度和臭氧产率的影响更加明显。