荷电颗粒在旋转环形通道内分离性能研究

为研究带电旋转环形通道内荷电颗粒的运动和沉积特性,本文使用计算流体力学两相流离散颗粒法对带电旋转环形通道内的荷电颗粒的运动过程进行了模拟。根据模拟结果分析了不同粒径、电压、入口雷诺数和通道长径比等参数对荷电颗粒运动和沉积的影响,研究了荷电颗粒在旋转通道内离心力与电场力之间的竞争关系,探索了离心力和电场力导致的荷电颗粒运动和沉积变化的规律。结果表明,单个不同粒径颗粒具有不同的颗粒逃逸电压区间,区间的大小随着颗粒粒径的增大而增大,且区间的宽度随着通道长径比的增大将会明显变小;多个颗粒的逃逸率曲线,不同粒径的颗粒将会有不同程度的交叉,随着长径比的增大,颗粒逃逸率曲线的高度与交叉会有明显的减小,而随着转速的增大,颗粒逃逸率曲线的交叉会有一定程度的减小,且高度不会有明显变化。

荷电颗粒可压缩性颗粒层模型

研究发现荷电颗粒有趋向于沉积在颗粒链尖端的趋势,据此在已建立的中和可压缩性颗粒层模型中加入荷电颗粒的沉积性质,建立了荷电颗粒可压缩性颗粒层模型,从而研究滤料过滤过程中的颗粒层过滤阶段的机理。通过模型发现,不可压缩时,荷电颗粒形成的颗粒层的高度与中和颗粒层相似,但空隙分布均匀;由于下滑角较小,其不易被压缩,当压降增大到一定程度时,呈周期性压缩,所以在较高过滤风速下其压降显著低于中和工况。模型结果成功地解释了实验现象。

荷电颗粒拟流体多相湍流模型的建立

荷电多相湍流与一般多相湍流相比,存在流场脉动与电场脉动耦合的复杂运动特征,如何用方程加以描述并利用模型方程模拟这种耦合作用成为荷电多相湍流模拟研究的一项重要任务。在单相荷电流体湍流模型方程和荷电颗粒拟流体多相湍流描述方程建立的基础上,根据目前发展和应用不断扩大的“双流体”多相湍流模型,把荷电颗粒当作拟流体处理,借用拟流体多相湍流描述方程建立的方法,获得了荷电颗粒拟流体多相湍流模型,该模型方程通过电场关联项描述了电场和流场湍流脉动的耦合作用,通过引入电湍能交换系数对电场关联项加以模化,该模型可用于工程中大尺度复杂荷电多相湍流的模拟计算和工业装置的设计。

静电场中的荷电颗粒间相互作用问题讨论

在分析荷电颗粒群相互感应的基础上，运用动量法讨论了荷电颗粒的双体模型，指出荷电颗粒间的相互作用表现出特别的复杂性，同性而荷电量不同的颗粒不仅表现为同性相斥，而且由于颗粒间的感应作用，当颗粒间的距离足够按时，表现出强烈的相互吸引。

外电场对荷电颗粒静电凝聚的影响

为了定量地分析外电场对荷电颗粒静电凝聚的影响,在理论分析和数值模拟的基础上,求解荷电颗粒凝聚的数量平衡方程,分析比较外电场存在与否时,颗粒数量浓度的变化关系。结果表明:外电场促进荷电颗粒间的凝聚;对于初始对称双极荷电颗粒,外电场不改变颗粒初始电荷分布的对称性,并且带任意电荷量的颗粒的数量浓度随凝聚时间单调减少;对于初始非对称双极荷电以及单极荷电颗粒,其数量浓度并非都随凝聚时间单调减少。

静电除尘器内荷电颗粒放电现象探究

电除尘器是电厂尾气处理的主要设备,粉尘在沉积边界层内的电荷输运过程,如电荷的转移、累积和反电晕现象等,对于电除尘器除尘效率有着显著的影响。本文利用Paschen定律定量分析荷电颗粒的放电条件。计算结果表明,在电除尘系统中通过场致荷电方式获得电荷的粉尘颗粒不足以引起颗粒放电,而颗粒一极板接触后发生电荷转移,导致电荷在颗粒表面局部积累会引起放电现象。

基于不同湿度条件下离子流场数据的颗粒物场致–扩散荷电分离测量方法及其特性分析

为了分析不同湿度条件下离子流场中悬浮颗粒物的荷电特性,提出基于离子流场数据的颗粒物场致–扩散荷电分离测量方法。基于平行平板电极,搭建颗粒物荷电特性测量平台,获得用于表征颗粒物荷电特性的荷电参数。通过对离子流场数据进行处理,实现场致、扩散荷电参数的分离,进而分析湿度对颗粒物荷电特性的影响机理。针对该文使用的燃香颗粒物,实验测量结果表明:相对湿度小于或等于60%时,场致荷电参数和扩散荷电第一参数基本不随湿度发生变化,扩散荷电第二参数随湿度增大逐渐减小;相对湿度大于或等于70%时,场致荷电参数随湿度逐渐增大,扩散荷电参数几乎为0。由于场致、扩散荷电参数随湿度变化规律不同,使得场致荷电、扩散荷电和总空间电荷密度随湿度增大呈现不同的变化规律。颗粒物吸湿性和离子水合反应是导致荷电特性随湿度变化的主要原因。该文提出的场致–扩散分离测量方法可以用于确定颗粒物荷电特性,可为高污染、高湿环境下高压直流输电线路离子流场建模提供理论支撑。

双极荷电颗粒在外加交变电场中的静电凝聚

为了定量分析外加交变电场对双极荷电颗粒静电凝聚的影响,基于双极荷电颗粒在交变电场中的静电凝聚系数公式,利用数值计算的方法求解了荷电颗粒凝聚的数量平衡方程,得到了不同时刻颗粒数量浓度、颗粒带电量和颗粒粒径的关系曲线,比较了外电场存在与否时颗粒数量浓度的变化。结果表明:对于初始单弥散度带任意电荷量的颗粒,其数量浓度随凝聚时间单调减少;外加交变电场能够有效地促进双极荷电颗粒间的凝聚;颗粒上所带的电荷量越大,凝聚效果越明显。

工业中粉体颗粒的荷电机理及数值模拟方法

工业过程中粉体颗粒不可避免地会相互摩擦碰撞而荷电.荷电颗粒的存在可能会危害正常的工业生产过程,也可能对工业过程起促进作用.因此,荷电粉体颗粒及其特性受到了广泛的关注,但目前对粉体颗粒的荷电机理依然缺乏透彻的了解,尤其是在气固两相流动中的粉体颗粒荷电现象.事实上,工业中存在的粉体颗粒的运动都受到流体的影响,是典型的气固两相流系统,流体对粉体颗粒的作用使粉体颗粒接触的荷电现象变得更为复杂,因此从两相流动的观点来研究粉体颗粒荷电的物理本质就显得越来越重要.本文介绍了工业过程中的几种不同类型的粉体颗粒荷电行为,回顾了颗粒的荷电机理与描述颗粒荷电的数学模型.对于工业过程中颗粒的荷电现象及颗粒在多相流体中的动力学行为,介绍了研究颗粒受流体影响时荷电特性的数值模拟方法.本文旨在对粉体颗粒的荷电机理、应用以及研究方法进行梳理与探讨,为正确认识工业过程中粉体颗粒的荷电现象并加以控制利用提供理论借鉴.

基于电晕强化荷电的选矿厂粉尘电凝并除尘研究

为了提高选矿厂微细粉尘电凝并的除尘效率,提出一种颗粒电晕强化荷电装置。运用COMSOL软件开展颗粒荷电数值模拟计算,获得电晕过程中旋流空间电势、颗粒饱和荷电量及颗粒荷电速率的分布特征与规律,研究电晕对粉尘荷电的强化作用机理;以原煤胶带转载点粉尘为研究对象,开展粉尘荷电和电凝并除尘实验。研究结果表明,电晕强化荷电区电极间存在明显的电势差,电极尖端和壁面形成了高电势,电极电晕可以强化颗粒荷电效果,使颗粒电场荷电速率明显高于扩散荷电速率,有助于提高颗粒饱和荷电量。实验发现,电晕作用使粉尘颗粒荷质比增加了550 nC/g,提升了对粒径5.0μm以下粉尘颗粒的脱除效果,粒径0.5~<1.0μm的粉尘电凝并脱除效率最好,颗粒数量变化率达63.48%。

颗粒荷电对绝缘子沿面场强影响的数值模拟

污秽颗粒荷电会影响绝缘子周围场强分布,改变颗粒轨迹,进而影响其表面积污状况及电力系统的可靠性。以0~±30kV直流电压作用下XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,建立了该绝缘子物理模型,利用COMSOL软件对颗粒不同荷电方式时该绝缘子表面的积污特性进行了数值模拟,与华北电力大学(保定)风洞实验室开展的风洞试验的结果对比,探究了颗粒"按比例"荷电方式的模拟方法的合理性。籍此,以110kV直流电压作用下XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,对清洁和污染环境中该绝缘子沿面场强进行数值模拟和对比分析,探究颗粒荷质比和荷电极性对该绝缘子沿面场强的影响。研究结果表明:颗粒"按比例"荷电方式的模拟方法相对合理;污染环境中各伞裙场强峰值点均处于其几何特征凸点处,其场强畸变率最高可达6倍;高压端2号和低压端7号伞裙沿面场强随着荷质比绝对值的倍增而非线性增大,其主要特征点处沿面场强分布特征分别为:正荷质比>负荷质比≈清洁环境、负荷质比>正荷质比>清洁环境。

不同电场中细颗粒物的荷电特性研究

为了研究细颗粒物在直流电晕放电和脉冲电晕放电条件下的不同荷电特性,采用静电低压撞击器分别测试直流电场和脉冲电场中不同电压条件下的单个颗粒平均荷电量,并与理论计算结果进行对比,结果表明:在直流电晕放电中细颗粒物直径小于0.2μm时主要以扩散荷电为主,大于0.2μm时主要以场致荷电为主;在脉冲电晕放电中细颗粒物主要通过自由电子和离子的迁移扩散进行荷电,最终小粒径段颗粒物荷正电且荷电量非常少,大粒径段颗粒物荷负电;在相同的线板式反应器中,脉冲电场可以比直流电场施加更高的峰值电压,加剧带电粒子与颗粒物之间的碰撞荷电,最终提高颗粒物的荷电量。

荷电反应器状态对柴油机颗粒荷质比的影响

为了优化线筒式荷电反应器设计、提升柴油机排气中颗粒的荷质比,在高放电电压下通过改变电晕放电参数(电极电压、分流排气流量、放电区域内部温度、电极材料、电极直径等),研究电晕放电参数对颗粒荷质比的影响规律.试验结果表明:在正常的放电范围条件下,负极施加电压对颗粒荷质比有显著的影响,荷质比随着电压的升高而增加,且负极的荷电效果较正极更好,但因局部火花放电的限制,正、负极电压均存在最佳值;当反应器其他特征参数确定后,分流排气流量并非越小越好,而是存在一个最佳值;放电区域内部温度决定荷电反应器起晕电压,但当内部气流温度高时,对颗粒荷质比的影响较小;选择导电系数较大的电极材料更易获得较高的荷质比;线筒式结构中电极直径越小,电极间距越大,需要的起晕电压越高,在施加电压较高时荷质比的提升效果更明显.

静电除尘器中纳米颗粒运动与荷电特性

通过建立静电除尘器(electrostatic precipitator,ESP)内纳米颗粒沉积及荷电的数值模型,耦合流场、电场、颗粒荷电及颗粒运动等子模型,研究ESP内纳米颗粒的运动与荷电特性。研究发现纳米颗粒在ESP中的受力方向和大小会随着其运动而不断改变,其沉积效率曲线相较于微米级颗粒,呈现出U型的特征,经证明这是由纳米颗粒所受体积力的主要类型和大小随着粒径不断变化决定的。此外纳米颗粒的荷电机理也会发生变化,荷电量与粒径和喷射浓度的大小紧密相关,直接影响颗粒所受库仑力的同时还会间接影响电晕放电,甚至造成电晕封闭,严重影响颗粒沉积效率。

高压窄脉冲气体放电对颗粒的荷电的研究

通过高压窄脉冲气体放电对微小颗粒荷电的实验研究，探讨了窄脉冲电晕放电和流注放电对颗粒荷电的影响。并对窄脉冲流注放电产生条件及降低颗粒荷电的原因进行了分析。

柴油机排气颗粒物荷电特性

在应用静电技术测量柴油机排气颗粒物粒浓度研究中,围绕颗粒物荷电特性,进行刃-板式电极空间电晕放电实验研究。测量电晕放电伏安特性曲线,推导放电电场中空间电荷分布及柴油机颗粒物扩散荷电与场致荷电特性。结果表明:刃-板电极放电空间电荷数量与电压关系曲线和伏安特性曲线具有相同的趋势,空间电荷数量量级为10^(11),空间电荷密度与空间任意位置距原点的距离成指数递减关系;在柴油机排气温度下,粒径为20~100 nm的颗粒物单极性扩散荷电主要处于过渡介质区域;在刃-板电极放电中,粒径小于200 nm的颗粒物,主要以扩散荷电为主。

基于阵列式静电传感器的颗粒带电量估计方法

颗粒所处空间位置对静电传感器探极表面的感应电量有重要影响,采用单传感器结构难以准确测量颗粒所带电量。采用平面阵列式传感器求解颗粒所带电量及其空间位置,以解决单传感器结构存在已知量无法满足求解条件的问题。使用COMSOL Multiphysics建立阵列式静电传感器的高保真传感数值模型,结合静电传感器传感模型的理论和方法,通过实验验证所建模型对带电颗粒运动与静电感应过程的有效性。提出一种基于Tikhonov正则化方法的颗粒带电空间分布求解算法,实现单个颗粒所带电量及其空间位置的确定。经仿真与实验验证,颗粒反演带电量与实际带电量误差绝对值低于8%。所提方法可准确反演带电颗粒所带电量及其空间位置。

磁场对电晕放电电场及细小粉尘荷电的影响

磁增强正负电晕放电用于细小气溶胶颗粒荷电,研究结果表明,磁增强正负电晕放电预荷电器对细小粉尘的荷电是有效的;磁增强正电晕放电预荷电器的荷电效率低于磁增强负电晕放电预荷电器。与传统的电晕放电相比,磁增强正负电晕放电中电晕区附近积累更多的正离子,使得空间电荷对极间电场的影响增强;在磁增强负电晕放电中,负离子的浓度再次被提升,更有益于细小粉尘荷电;在磁增强正电晕放电中,电晕区中的电场强度被削弱,而荷电区中的电场强度被增强。分析认为,磁增强正电晕预荷电器的效率比传统正预荷电器要高。

直流电压下燃烧颗粒在间隙中的运动和分布规律

山火容易引发输电线路跳闸事故,现有研究表明,植被燃烧产生大量颗粒物,在火焰中荷电并在导线下方形成颗粒链,其畸变电场和触发放电是导致间隙击穿的关键因素。为分析直流正极性与负极性条件下空间电场畸变的差异,需要对燃烧颗粒在间隙中的运动和分布规律进行研究。为此,该文首先结合试验分析正、负极性直流电压下颗粒的运动特性;然后建立温度、流体、电场和颗粒运动的多物理场耦合仿真模型,仿真分析正、负极性电压下不同颗粒的受力特性和运动过程;最后结合燃烧颗粒特点分析颗粒分布规律。研究结果表明,随着颗粒粒径的增加,其被电极捕捉吸附的临界荷质比越小,粒径相对较大的颗粒容易被电极捕捉,而小颗粒易随热气流扩散和飞升。

基于静电传感的航空发动机气路监测

针对航空发动机气路部件需要实时在线监测的要求,提出了基于静电感应的状态监测方法。分析了气路颗粒的荷电机理和静电传感器原理,用静电传感器对气路中出现异常碳烟颗粒和金属颗粒的情况进行了模拟监测。结果表明,静电传感器能有效监测到异常碳烟颗粒和金属颗粒引起的气路静电荷水平变化,验证了该传感器用于气路状态监测的有效性,为进一步研究机载化发动机气路静电监测提供了依据。