靜電除塵器是一種通過強電場作用對顆粒污染物進行脫除的裝置。靜電除塵器維修煙氣在高壓負電場環(huán)境中發(fā)生電離,電離過程中產(chǎn)生的正離子、負離子和電子與粉塵接觸從而完成荷電過程,荷電完成后的顆粒在電場力的作用下向集塵運動。因此,電暈過程的各類離子分布情況直接影響電除塵效率。然而,電暈放電是極不均勻電場情況下產(chǎn)生的自持放電現(xiàn)象,該過程發(fā)生的物理化學反應(yīng)非常復(fù)雜,目前最有效的研究手段便是通過建立數(shù)學模型對放電過程進行描述求解。
放電過程中產(chǎn)生電子、正離子和負離子,由于電子和負離子均帶負電,電子和負離子在電場中受電場力的作用類型相同,因而遷移規(guī)律也近似,僅存在數(shù)值上的差異,因此只對負離子和正離子的數(shù)密度進行分析。
在放電開始正離子不斷向陰極線聚集,被陰極線吸附和中和,因此在陰極線周圍正離子的數(shù)密度為0。陰極線附近的正離子呈現(xiàn)橢圓型分布,隨著放電時間的增加,空間中的正離子數(shù)密度不斷降低,最終呈現(xiàn)空間的正離子數(shù)密度基本接近。
負離子在4個時刻的數(shù)密度分布情況,可以看出負離子在電場力的作用下向陰極板遷移,最終吸附在陽極板上被其中和,由于陽極板附近的電場線基本平行,負離子到達陽極板附近時運動方向基本垂直于陽極板,因此負離子在放電過程中呈平行帶狀擴散,電子在整個電暈放電過程中的運動規(guī)律亦同。
陰極線上的尖端電場強度大,正負離子和電子受到的電場力較大,離子遷移行為也比較明顯。為量化分析電暈區(qū)附近正負離子和電子的分布情況,對求解區(qū)域設(shè)置數(shù)據(jù)采樣線,采樣線以陽極板為起點,經(jīng)過陰極線放電尖端B點,陰極線中心水平位置為終點,著重研究采樣線上正負離子和電子的數(shù)密度。
從陽極板到陰極線正離子數(shù)密度大幅降低,當達到距離陽極板198mm位置(B點位置)時,數(shù)密度基本為0。同一位置的正離子,電離時間越長數(shù)密度越低,且剛開始時數(shù)密度衰減速率較大。這是由于電場力的作用使得正離子向陰極線運動,在陰極線上發(fā)生中和,且靠近陰極線位置電場強度比較大,使得離陰極線越近的位置正電離子數(shù)密度越低。
靠近陽極板處電子數(shù)密度較低,電子碰撞到陽極板發(fā)生中和,在陰極線附近數(shù)電子密度較大,隨著隨著放電的進行電子數(shù)密度在同一位置處不斷減少,在放電尖端位置處數(shù)密度無明顯特征,這是由于電子在陰極線處產(chǎn)生,而陰極線附近電場強度較大,陰極線排斥電子,使得電子快速遷移到陽極板附近。
不同時刻負離子的數(shù)密度分布,其發(fā)展規(guī)律和電子發(fā)展規(guī)律特點一致,電子和負離子在計算的源項存在差異,但受電場力的作用方式是相同的,因此在計算結(jié)果上只是數(shù)值差異,變化規(guī)律相同。
1)陰極線結(jié)構(gòu)差異使得各個位置上的曲率不同,曲率越小的尖端位置電場強度越大,尖端的存在是發(fā)生電暈的關(guān)鍵,這和實際設(shè)備運行時現(xiàn)象一致;正負離子和電子向兩極運動過程中,造成引起電勢變化,改變了電場強度,放電進行到第10ns時,電場強度快速上升到最大值。
2)負離子和電子的分布規(guī)律相似,數(shù)密度分布呈帶狀分布;陽極板附近正離子低數(shù)密度區(qū)域呈現(xiàn)以陰極線為中心軸橢圓型分布,隨著放電的發(fā)展正離子、負離子和電子分別被異性電極吸附,最后被中和。
3)電子、正離子和負離子在電場作用下遷移率不同,使得其數(shù)密度隨時間變化趨勢不一致,其中正離子數(shù)密度在前100ns中衰減速度明顯高于負離子和電子。
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