感应荷电喷雾静电场分布规律与荷电特性

Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｃｈａｒｇｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎｃｈａｒｇｅｄｓｐｒａｙ
ＹＡＯＪｉａｎｇ１，ＷＡＮＧＪｕｎｆｅｎｇ２ ，ＨＥＸｉａｏｋｕｎ１，ＳＨＥＮＹａｎ１，ＬＩＵＲｕｉ１
（１．ＳｕｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈａｎｇｊｉａｇａｎｇ２１５６００，Ｃｈｉｎａ） （２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｈａｒｇｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｒｏｐｌｅｔｓａｒｅｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｆｉｅｌｄｂａｓｅｄｏｎｉｎｄｕｃｔｉｏｎｃｈａｒｇｅｄｔｈｅｏｒｙ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｉｎｄｕｃｔｉｏｎｆｉｅｌｄｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｉｎ ｄｕｃｔｉｏｎｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｆｉｅｌｄｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙａｎｎｕｌａｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｎｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓｐｒａｙｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＡｎｓｏｆｔＭａｘｗｅｌｌ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｎｃｈａｒｇｅｅｆｆｅｃｔｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓｒａｐｉｄｌｙａｔｔｅｎｕａｔｅｄａｌｏｎｇａｘｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｈａｒｇｅｒｅｇｉｏｎｅｘｉｓｔｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｎｏｚｚｌｅａｎｄｔｈｅｒｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｄｅ．Ｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｃｈａｒｇｅｖｏｌｔａｇｅｏｒｒｅ ｄｕｃｉｎｇｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｄｉａｍｅｔｅｒ，ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｃｈａｒｇｅｅｆｆｅｃｔａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ａｓｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎ ｎｏｚｚｌｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｗｅａｋｅｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｒｇｅｅｆｆｅｃｔｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｃｔｉｏｎｃｈａｒｇｉｎｇｓｐｒａｙ，ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｆｉｅｌｄ，ｃｈａｒｇｅｅｆｆｅｃｔ，ｃｈａｒｇｅｖｏｌｔａｇｅ，ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｄｉａｍｅｔｅｒ，ｄｉｓ
ｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｎｏｚｚｌｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
悬浮细颗粒物是雾霾形成的重要原因之一，严 重影响人类的 生 产 和 生 活 ［１－２］．近 年 来，静 电 喷 雾 降尘技术作为节能环保高效的细颗粒物脱除技术 已引起了广泛的关注［３－５］，利用带电液滴对细颗粒 物的静电引力作用，可以实现对细颗粒物的捕集和
５０２．ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０１８．０４．００８．
４９８
江苏科技大学学报（自然科学版）
２０１８年
材料的费米能级越低、功函数越高，荷电效果越好． 文献［８］中通过实验研究表明，在相同的荷电电压 条件下，液滴粒径越小，荷质比越大．文献［９－１０］ 中发现液体电导率越大，液滴荷电效果越好．文献 ［１１－１２］中采用椭圆积分的方法，通过数学分析求 解出了环形电极诱导的电场场强分布．文献［１３］中 利用 Ｆｌｕｅｎｔ软件对感应荷电喷雾中喷嘴与环状电极 静电场进行了分析，提出减小电极间距，电极处电场 强度增强，更有利于液滴的感应荷电．但文献［１４－ １５］中通过实验研究发现，雾滴的荷电效果随着电极 间距的增大而增大，荷电喷雾中静电场与雾滴荷电 效果的作用规律还需进一步探索．
第 ３２卷第 ４期 ２０１８年 ８月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｓｕ
Ｕｎｉ江ｖｅｒ苏ｓｉｔｙ科ｏ技ｆＳ大ｃｉｅ学ｎｃｅ学ａ报ｎｄ（自Ｔｅｃ然ｈｎ科ｏｌｏ学ｇｙ版（Ｎ）ａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） ＶｏＡｌｕ３ｇ２．２０Ｎ１ｏ８４
ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０１８．０４．００８
吸收．荷电液滴在捕集细颗粒物的过程中，其荷电 效果的好坏对降尘效率有重要影响．国内外许多学 者通过实验或数值模拟方法，对影响荷电效果的主 要因素如电极材料、液滴粒径、液体电导率及电场 强度分布等 进 行 了 研 究．文 献 ［６－７］中 发 现 电 极
源自文库
收稿日期：２０１７－０９－０６ 修回日期：２０１７－１２－１０ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１３７６０８４） 作者简介：姚江（１９８９—），男，硕士研究生 通信作者：王军锋（１９７５—），男，教授，博导，研究方向为荷电多相流理论及工程应用．Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｊｕｎｆｅｎｇ＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ 引文格式：姚江，王军锋，何晓，等．感应荷电喷雾静电场分布规律与荷电特性［Ｊ］．江苏科技大学学报（自然科学版），２０１８，３２（４）：４９７－
感应荷电喷雾静电场分布规律与荷电特性
姚 江１，王军锋２ ，何晓１，沈 妍１，刘 锐１
（１．江苏科技大学 苏州理工学院，张家港 ２１５６００） （２．江苏大学 能源与动力工程学院，镇江 ２１２０１３）
摘 要：基于感应荷电理论，发现雾滴的荷电效果与充电电场有关．为了解荷电喷雾中环形电极诱导的静电场分布特性，在 静电场物理模型建立的基础上，利用电磁分析软件 ＡｎｓｏｆｔＭａｘｗｅｌｌ对其进行了数值模拟，并通过实验验证了感应静电场分 布对雾滴荷电效果的影响．结果表明：感应荷电喷雾中的静电场场强沿轴向迅速衰减，有效荷电区域在喷嘴与环形电极之 间；增大荷电电压或减小电极环直径，电极处感应电场强度增强，雾滴的感应荷电效果提高；增大电极间距，电极处感应电 场强度减弱，而雾滴的感应荷电效果提高． 关键词：感应荷电喷雾；静电场；荷电效果；荷电电压；电极环尺寸；电极间距 中图分类号：Ｘ７０１．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－４８０７（２０１８）０４－０４９７－０６