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境中發生電離,電離過程中產生的正離子、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生的自持放電現象,該過程發生的物理化學反應非常復雜,目前最有效的研究手段便是通過建立數學模型對放電過程進行描述求解。
放電過程中產生電子、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,因而遷移規律也近似,僅存在數值上的差異,因此只對負離子和正離子的數密度進行分析。
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密度為0。陰極線附近的正離子呈現橢圓型分布,隨著放電時間的增加,空間中的正離子數密度不斷降低,最終呈現空間的正離子數密度基本接近。
負離子在4個時刻的數密度分布情況,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。為量化分析電暈區附近正負離子和電子的分布情況,對求解區域設置數據采樣線,采樣線以陽極板為起點,經過陰極線放電尖端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密度。
從陽極板到陰極線正離子數密度大幅降低,當達到距離陽極板198mm位置(B點位置)時,數密度基本為0。同一位置的正離子,電離時間越長數密度越低,且剛開始時數密度衰減速率較大。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密度越低。
靠近陽極板處電子數密度較低,電子碰撞到陽極板發生中和,在陰極線附近數電子密度較大,隨著隨著放電的進行電子數密度在同一位置處不斷減少,在放電尖端位置處數密度無明顯特征,這是由于電子在陰極線處產生,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密度分布,其發展規律和電子發展規律特點一致,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,因此在計算結果上只是數值差異,變化規律相同。
1)陰極線結構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,尖端的存在是發生電暈的關鍵,這和實際設備運行時現象一致;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律相似,數密度分布呈帶狀分布;陽極板附近正離子低數密度區域呈現以陰極線為中心軸橢圓型分布,隨著放電的發展正離子、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,使得其數密度隨時間變化趨勢不一致,其中正離子數密度在前100ns中衰減速度明顯高于負離子和電子。
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