磁场、雾化共同作用下电晕放电机理及对微小颗粒荷电与捕集的研究

摘要

磁场雾化电晕放电技术是一种新式的电晕放电技术，在粉尘去除方面有独特的优势，不仅免清洗，而且效率高，在粘性粉尘去除方面有良好的应用前景。本课题研究了磁场电晕放电、雾化电晕放电和磁场雾化电晕放电的放电特性以及荷电特性，为磁场雾化电晕放电荷电器和磁场雾化电晕放电除尘器的实际应用奠定了理论基础。
　　 本课题的主要研究内容和结论如下：
　　 1)将磁场作用下的电晕放电和雾化电晕放电有效的结合在一起，设计了一种新式的荷电器。这种荷电器不但可以避免粘性粉尘的粘附，而且通过其对粉尘荷电后，更有利于静电捕集器捕捉细小的粉尘，为进一步设计更先进的去除粘性粉尘的装置提供了参考。
　　 2)研究了磁场作用下电晕放电的放电特性，指出了电流的变化规律。磁场负电晕放电中，放电电流的增长可能是因为磁场使自由电子发生偏转或者拉莫运动，增加了自由电子和空气分子的碰撞次数，但放电电流的增长仅仅是电晕区内电离过程的增强，和极间非电晕区自由电子和负离子的偏转无关。放电电流的增长主要是由两个因素决定，第一个是电晕区内自由电子和空气分子的碰撞次数，第二个是电晕区内电子的平均能量。随着电场或磁场的变化碰撞次数和自由电子的平均能量向不同的两个方向变化，所以放电电流的相对增长存在一个最大值。磁场影响下的电晕放电对静电除尘器而言，当极间平均电场强度是4 kV/cm时，使电晕区内的平均磁场强度在0.43T左右，电晕放电电流的相对增长最大，此时电除尘器的效率最高。
　　 3)研究了磁场作用下电晕放电荷电机理。利用磁场电晕放电预荷电器和传统预荷电器分别对细小粉尘进行荷电，然后利用静电捕集器进行捕集，结果表明磁场电晕放电更适合用于对细小粉尘的荷电。我们推断磁场电晕放电荷电机理可能是磁场的应用增加了荷电区负离子浓度。负离子浓度的提高对扩散荷电有利，从而有利于提高去除细小粉尘的效率。因此，说明磁场电晕放电预荷电器对细小粉尘的荷电能力要高于传统的电晕放电。
　　 4)对接地极雾化正负电晕放电进行了比较。接地极雾化电晕放电中，正电晕放电中存在电晕区扩大的现象，而负电晕放电中却不存在这种现象。原因是在接地极雾化负电晕放电中，由于负电晕放电可以形成稳定的特里切利脉冲放电模式，在电压突增之后，迅速的降低，这种放电模式限制了能量的连续输入，所以抑制了电晕区的扩展。而接地极雾化正电晕放电的多锥射流与平行板间形成的放电类似传统针-板式正电晕放电，这种放电容易形成稳定的辉光放电。在接地极雾化电晕放电中，由于电离得到了一定程度的提升，所以电晕区附近的空间电荷对电场的影响增强了。初步分析了接地极雾化电晕放电的电场分布。另外，在接地极雾化电晕放电中，流量要适当。分析了流量对电流和雾化液滴的影响。通过实验我们知道适当的流量有利于起晕电压的降低，流量过大则起晕电压随之增加。当流量恰当时，在接地极雾化电晕放电钟，液滴粒径分布以数十微米的为主。
　　 5)研究了磁场、雾化二者共同作用于电晕放电时的相互影响。磁场雾化电晕放电电流增加的可能原因是磁场的应用使自由电子和空气分子以及水分子的碰撞次数增加，而且水分子的电离能小于空气分子，所以更容易被电离；也有可能是磁场的应用使电晕区的放电通道发生扭曲，使整个电晕区的密度更加均匀，导致电离碰撞的效率被提高。另外，泰勒锥减小了两极之间的距离，并且泰勒锥尖端的曲率小于放电极曲率半径，所以在磁场和雾化的作用下，放电电流得到了大幅度的提升，而起晕电压则因为空间电荷的影响和放电极曲率的影响降低了。分析了固定磁场强度下，不同流量对放电影响。初步分析了磁场雾化电晕放电的电场分布，磁场雾化电晕放电的电场分布和传统电晕放电电场的分布一致，只是在磁场雾化电晕放电中空间电荷的浓度更大，对外加电场的影响增加了。
　　 6)磁场雾化电晕放电荷电器作用下，静电捕集器的效率高于磁场、雾化单独作用下荷电器的荷电效果。分析原因可能是磁场雾化的双重效果增加了极间电荷浓度，另外，液滴可能对粉尘粒子的捕集起辅助作用。在磁场雾化负电晕放电中，在电晕区内空间电荷积累的量大于其他几种放电方式，在荷电区内空间电荷形成的电场与原来电场方向相反，降低了负离子和液滴的迁移速度，所以进一步的增加了荷电区内负离子和带电液滴的浓度，因此，在四种荷电器中，磁场雾化电晕放电荷电器的荷电效率最高。
　　 7)利用密立根油滴仪测量较小液滴的荷电量和粒径，并根据液滴带电量与粒径分布的情况，初步分析了雾化电晕放电与磁场雾化电晕放电的荷电机理。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 电晕放电基本概念及产生原理

1.2.1 静电除尘器的工作原理

1.2.2 电晕的发生

1.2.3 正、负电晕放电的放电机理

1.3 带电粒子在气体中运动

1.3.1 带电粒子的热运动

1.3.2 带电粒子的扩散运动

1.3.3 带电粒子的漂移运动

1.4 粒子的荷电与荷电粒子的运动

1.4.1 粒子的荷电

1.4.2 荷电粒子的运动

1.5 静电除尘器粉尘的捕集

1.5.1 多依奇捕集效率方程

1.5.2 粉尘粒子在集尘极不同位置处的沉降量

1.6 电除尘技术的研究现状

1.6.1 有关电场分布的研究

1.6.2 宽间距电除尘器

1.6.3 窄脉冲放电在除尘领域的应用

1.6.4 静电雾化技术在除尘领域的应用

1.6.5 磁场对电晕放电的影响

1.6.6 磁场雾化共同作用下的电晕放电研究

1.7 本文的选题与研究内容

第二章 磁场电晕放电放电研究

2.1 引言

2.2 磁场电晕放电的实验装置

2.3 磁场安装位置对放电电流的影响

2.3.1 磁场电晕放电伏-安特性曲线

2.3.2 磁场对电晕区内的影响

2.3.3 磁场对极间非电晕区内的影响

2.4 磁场电晕放电的放电电流的变化规律

2.4.1 磁场作用下电晕放电电流相对增长的最大值

2.4.2 放电电流增长最大值存在的原因

2.5 正负电晕放电的比较研究

2.5.1 实验装置与结论

2.5.2 磁场负电晕电场分布对起晕电压的影响

2.6 小结

第三章 磁场电晕放电荷电机理的研究

3.1 引言

3.2 磁场电晕放电的荷电捕集装置

3.3 荷电机理的分析

3.3.1 磁场负电晕放电中,磁场对极间电场及极间负离子浓度的影响

3.3.2 传统负电晕放电预荷电器和磁场负电晕放电预荷电器的比较

3.4 小结

第四章 雾化电晕放电的放电与荷电实验研究

4.1 引言

4.2 雾化电晕放电的实验装置

4.3 雾化电晕放电的机理研究

4.3.1 接地极雾化对电晕区的影响

4.3.2 雾化液滴对空间电场的影响

4.4 流量和放电极对雾化电晕放电的影响

4.4.1 流量对放电电流的影响

4.4.2 流量对起晕电压的影响

4.4.3 接地极雾化电晕放电的液滴粒径

4.5 雾化电晕放电的荷电研究

4.5.1 雾化电晕放电对粉尘的荷电与捕集

4.5.2 液滴荷电量与粒径的测量

4.6 小结

第五章 磁场与雾化共同作用下的电晕放电

5.1 引言

5.2 磁场雾化共同作用下电晕放电的实验装置

5.3 电晕放电中磁场与接地极雾化的耦合关系

5.3.1 磁场对雾化电晕放电的影响

5.3.2 雾化对磁场电晕放电的影响

5.3.3 磁场雾化负电晕放电的起晕电压

5.3.4 磁场对雾化电晕放电液滴粒径的影响

5.4 磁场、雾化共同作用下电晕放电电场分布

5.5 磁场、雾化共同作用下电晕放电机理研究

5.6 小结

第六章 磁场、雾化共同作用下电晕放电荷电研究

6.1 引言

6.2 实验装置

6.3 磁场、雾化共同作用下电晕放电预荷电器的荷电研究

6.4 磁场、雾化共同作用下电晕放电荷电机理

6.5 小结

第七章 研究结论、创新点及展望

7.1 研究结论

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

后 记

在学期间公开发表论文及著作情况