1、年第卷第期河北大学学报 （自然科学版 ） （ ）学科综述高压静电除尘器中的离子风与除尘李庆 ，王巧艳 ，孟姜山 ，甘罕（河北大学 物理科学与技术学院 静电研究所 ，河北 保定）摘要 ：离子风使得高压静电除尘器中粒子的运动更加复杂它对高压静电除尘器中微细颗粒的捕集有很大的影响在个多世纪中 ，国内外的学者对离子风进行了大量的理论和实验上的探索和研究 ，并取得了一定的成果本文回顾与总结了诸多学者进行的离子风与除尘的相关研究 ，并提出了建议 ：在进行除尘器内部流场研究时 ，应该针对三维空间进行 ；考虑除尘空间中离子电荷和颗粒电荷对流场分析的影响为以后离子风的研究工作提供了一定的理论依据关键词 ：离子风
2、 ；电流体 ；电晕放电 ；除尘中图分类号 ： 文献标志码 ： 文章编号 ：（） ， ， ， （ ， ， ，）： ， ， ， ： ； ： ； ； 除尘是大气污染控制的一个重要方面在现有的除尘设备中 ，只有电除尘器才能把作用力直接施加到尘粒本身上 ，使尘粒与气流脱离因此 ，电除尘器分离尘粒所需的能量要比其他形式的除尘设备小得多 ，使其在处理气体量大 、除细尘效率要求高的地方得到广泛的采用如广泛应用于钢铁行业 、燃煤电厂 、有色冶金 、收稿日期 ：基金项目 ：国家自然科学基金资助项目 （；）；河北省自然科学基金资助项目 （）；河北省科技支撑项目 （）；河北大学博士基金资助项目 （）第一作者 ：李庆
3、（），男 ，河北徐水人 ，河北大学研究员 ，主要从事静电与大气污染治理研究：第 期 李庆等 ：高压静电除尘器中的离子风与除尘建材 、化学工业等在电除尘器内部 ，除尘效率在很大程度上受电除尘器极配方式 、气流分布等因素的影响特别是对于微细颗粒的捕集 ，气流的运动状态对其有很重要的影响除尘器内气流场为湍流状态电场 、流体场和颗粒动力场相互耦合形成复杂的电流体场由于微细颗粒不易被荷电而附着在极板上 ，所以收集效率较低离子风对于荷电和非荷电颗粒均有影响 ，尤其是微细颗粒影响较为突出离子风也称 “电风 ”，它是由于电晕放电过程中产生的高速电子碰撞空气引起的空气流动 ，这种流动会同时产生向电晕极方向的流动
4、进而产生回流 ，形成螺旋结构 ，导致放电空间的紊流更为复杂从世纪年代后期起 ，众多研究者对离子风进行了一系列的理论和实验研究探究离子风的产生机制 ，分析离子风对除尘器内部流场的影响 ，并与除尘实际相结合 ，研究离子风对微细颗粒捕集的影响本文对国内外离子风的研究进行了总结 ，对离子风在除尘器中产生的影响进行了分析 ，并提出了离子风研究中存在的问题及建议国内外对离子风的研究基本可以分为理论研究 、数值模拟和实验研究方面数值模拟由于节省时间 、投入少和研究周期短而得到更广泛的应用通常研究者用实验来验证理论研究和数值模拟相结合得到的结果 ，或进行实验研究来指导实际的除尘 ，取得了一系列的研究成果 离子
5、风的理论与数值模拟研究在理论方面主要从离子风的形成机制和离子风对主流场的影响个方面进行了研究将数值模拟与除尘实际相结合进行分析对于离子风形成机制方面的研究 ，采用数值计算的方法对线板除尘器内的电流体场进行了计算在求解过程中使用二维层流方程 ，认为电荷分布是一个常数 ，从而对电体积力进行估计 ，得出离子风是从电晕极上发出的狭窄高速射流 ，喷射的速度取决于系统的雷诺数的大小 ，离子风达到引流风速的数倍的结论提出了一种新的理论来避免公式的缺陷 ，如果空间存在离子浓度梯度 ，随机的粒子运动会导致流动的产生 ，并用种方式来描述这种新的理论 ，在种方式中分别引入了修正因子用湍流扩散模型描述较低气流流速时电
6、场中的粒子运动及沉降行为 ，认为湍流使得颗粒由高浓度向低浓度扩散使用正电晕线板放电形式 ，用二维层流方程对电流体场进行数值计算 ，采用了涡量流函数法 ，明确指出离子风是由于施加在离子上的库伦力使得离子和中性气体分子碰撞产生得出在电晕线附近沿平行于电晕线方向存在个方向相反的涡的结论等利用有限元法计算库伦体积力产生的圆柱静态放电场 ，用有限差分法计算离子风结果证实了离子的迁移产生了离子风 ，离子风的产生是针电极电晕放电产生的库伦斥力导致的等考虑了气体流动 ，颗粒运动和静电场 ，利用有限体积法 ，对静电除尘器中两相流动进行了详细的数值耦合分析 ，预测了电流体的过程指出 ，在电晕线附近 ，电风可高达，
7、基于此方面 ，李庆等用动力风代替离子风的方法进行数值模拟分析了电晕放电过程中电流体的形成过程及放电空间的流体分布状态 ，提出了离子风的双螺旋结构在特定条件下分析线板电晕放电伏安特性及极板处离子风分布变化并确立了离子风速与放电电压之间的关系式对于离子风对主流流场影响的研究 ，基于涡量流函数法 ，在控制方程中考虑了电场与气流场的耦合作用来研究离子风与主流流场的迭加 ，得出电流体数大于时 ，电晕放电产生的二次流不可忽略 ，当电流体数大于时 ，由于诱导循环单元引起的强烈的二次流对主流产生强烈扰动的结论和利用电子闪光技术和激光片技术研究了线板放电空间的流场情况结果显示 ：正电晕放电产生稳定的二维烟气流动
8、 ，当入口风速高于时 ，湍流扩散可忽略 ，离子风对主流不产生扰动 ；高于该值则离子风占主导地位 ；负电晕放电在入口风速低于时产生不稳定的三维回流 用修正的湍流模型对电流体二次流进行模拟结果显示 ：即使在低雷诺数下 ，在电晕线下游处仍然出现明显的电流体二次流 ；二次流可能会给通道流动传递动量 ，使得压降增加河北大学学报 （自然科学版 ） 第 卷徐哲淳等对电场方程和流场方程进行了耦合求解 ，对二次流进行了定量的描述 ，认为二次流对主流的影响随电流体数的增加而增大 ，从理论上推导出了求解电流体场的基本方程亢燕铭 ，迟进华模拟并比较了平板和波形电极结构的流动图谱结果显示 ：主流对二次流的影响很大 ，波
9、形电极比平板电极更有利于抑制和减弱二次流对主流的影响 ，强烈的主流速度会抵消离子风效应等采用二维技术测量并比较了种电极结构下电晕放电的离子风分布情况种结构分别是在正方形四边依次加入块接地极 ，正方形中心处放置放电线结果表明 ：极配形式对粒子流场形态有很大影响 ，前种极配形式会形成大而规则的离子风漩涡 ，第种极配形式产生大而不规则的漩涡 ，且可能会对收尘效率产生不同的影响在与除尘相结合方面 ，针对理想的管式除尘器 ，提出静电传输与湍流扩散模型认为静电迁移和气流的涡流扩散综合作用导致了静电除尘器中粉尘的沉降 ，并指出通过提高气体流动质量或减小除尘器本体长度都可以减少湍流扰动利用直接数值模拟的方法对
10、流场中的粒子进行追踪来评价电流体场对粒子输运和捕集的影响 ，发现流场对粉尘的运动有很大的影响 ，但对粒子捕集没有多大的影响王利民 ，王福成等针对工业电除尘器的工作过程 ，在线板式电除尘器内的流场分布的研究中同时考虑了分子黏性和湍流脉动黏性的影响 ，建立了湍流和紊流流场双模型 ，在方程中引入了体积力 ，获得了方程的通用形式 ，通过紊流流场的方程的电体积力来描述电场对流场的作用 ，并通过电流密度与紊流风速关系体现流场对电场的作用 离子风的实验研究与除尘等通过方法 ，测量根电晕线在线板静电除尘器中的颗粒速度场 ，对正电晕和负电晕放电进行了研究 ，表明电流体力对主流有很大影响 ，且在上下游都产生漩涡
11、，认为进行三维速度场的测量很重要对电场 、湍流和粒子动力学进行耦合 ，认为二次流对整个颗粒的收集影响很小 ，电场对颗粒收集影响很大 ，尤其是电场的边界条件对收尘很重要等通过二维和三维的粒子图像测速技术（）测量正电晕窄极距放电情况 ，用干燥空气中粒径小于的烟雾做示踪颗粒对纵向和横向放置的线电极的流速场进行了研究 ，但没有比较种结构的收集效率对针环电晕放电产生的离子风特性进行了研究 ，认为只有非常低的压强限制时 ，离子风才可被克服吴畅毅搭建自制的电除尘器实验模拟台 ，基于相似理论 ，利用清水代替烟气进行气流分布实验 ，并利用技术对电除尘器内烟气流动情况进行测量和分析结果显示 ：电除尘器内的紊流程度
12、随入口流速的增加而加重 ，当流速大到一定程度 ，会有旋涡流动产生 ，在工作流速下 ，除尘器空间气流分布均匀稳定 ，但靠近上下部板壁部分紊流程度严重在国内 ，研究者们分别对线板电极 、芒刺电极 、针板电极 、针针电极等做了不同的实验与分析李庆 ，孙玉荣等简化了实验条件 ，使用对收尘极进行分区布点的方式 ，对线板除尘器在空载条件下的离子风速进行了测量 ，得出电晕放电产生的离子风可以增加除尘器中颗粒物的驱进速度的结论向晓东等对实验室尺度下的长芒刺与普通的收尘性能作了比较分别采用了滑石粉 、石膏和塑料种不同材质的小球对离子风进行测定他们结合场强分析力离子风效应 ，认为长芒刺产生的强烈离子风使其收尘效率
13、高于普通的收尘电极 ，由于离子风效应 ，使得长芒刺的收尘极板上形成了特殊形状的圆形粉尘饼袁均祥等采用进行离子风测量 ，比较了不同电极参数下尖板电极空气中的离子风特性结果表明尖电极的曲率半径越小 ，三维空间的离子风速越大 ，接地极板对于离子风的发展影响很大 ，当接地电极采用金属网时 ，在较低电压下 ，极板对离子风的影响很小杨振兴 ，向晓东等采用较传统放电极有很大优势新型的双极电晕放电器 ，对直流高压与脉冲高压下产生的离子风进行了实验研究结果显示 ：在此装置中会产生反向的离子风 ，在平均场强约条件第 期 李庆等 ：高压静电除尘器中的离子风与除尘下用测得的电场内正 、负离子风的核心区风速约 结论与建
14、议国内外研究者对离子风的大量研究 ，可以归纳为 ：）对离子风的形成机理基本达成一致 ，确定了离子风的旋涡状结构）利用和激光多普勒测速仪等技术测量和显示离子风轨迹 ，使测量结果更接近实际然而对于离子风的研究仍然存在需要解决的问题 ：）大多数研究者都采用二维的形式简化计算模型 ，而实际的除尘空间是三维的 ；一般采用单相流的简便方法进行模拟计算 ，而忽略了实际除尘中颗粒物对空间场强的畸变 ，从而忽略了颗粒物对流场的影响 ，与除尘实际存在一定差距）研究者大多采用实验来验证模拟的正确性 ，对于模拟不能够提出一个通用的结果 ，所以用模拟来指导实践还需要进一步加强研究）模拟大多针对放电空间流场进行分析 ，气
15、流在收尘极处情况较复杂但对实际收尘影响却很大 ，所以缺乏气流在壁面处的分析参考文献 ：小奥格尔斯比 ，尼克尔斯 电除尘器 谭天佑译 北京 ：水利电力出版社 ，： ， ，（）： ，（）： ， ， ，（）： ， ， ，（）： ， ， ， ：，（）： ： ，： ， ，：李庆 ，李海凤 ，孙晓荣 ，等 电晕放电电流体状态实验研究与数值模拟 高电压技术 ，（）： ， ， ， ，（）：李庆 ，杨振亚 ，王巧艳 ，等 线板放电电流体的实验研究与数值模拟 科学通报 ，（）： ， ， ， ，（）： ， ，： ， ，（）： ， ， ， ， ，（）：徐哲淳 ，方正瑚 线极式电除尘器中的电流体场的数值分析方法 通风除
16、尘 ，（）：亢燕铭 ，迟进华 两种电极结构下电除尘器中的电流体动力学流动 北京理工大学学报 ，（增 ）： ， ，（）： ， ， ，河北大学学报 （自然科学版 ） 第 卷 ， ， ，（）： ，：王利民 ，王福成 ，王英敏 ，等 工业电除尘器内部电流体场的数值解法 有色矿冶 ，（）：王利民 ，王福成 工业电除尘器内部电流体场研究的现状与展望 辽宁工程技术大学学报 ：自然科学版 ，（）： ， ： ，（）： ， ， ， ，（）： ： ，： ， ， ，（）： ， ， ， ，（）：吴畅毅 在电站锅炉电除尘器电流分布模型实验中的应用研究 衡阳 ：南华大学 ， ： ，李庆 ，孙玉荣 ，刘志强 ，等 静电除尘器离子风研究 河北大学学报 ：自然科学版 ，（）：， ， ， ， ： ，（）：，向晓东 ，陈旺生 芒刺电晕极场强分析与离子风测定 武汉冶金科技大学学报 ，（）：向晓东 ，刘新敏 长芒刺电除尘器收尘性能及离子风效应研究 环境工程 ，（）：袁均祥 ，杨兰均 ，张乔根 ，等 电极参数对尖板电极空气放电离子风特性的影响 电工技术学报 ，（）： ， ， ， ，（）：杨振兴 ，向晓东 ，陈旺生 新型双极电晕放电器的放电特性 高电压技术 ，（）： ， ， ，（）：（责任编辑 ：孟素兰 ）
