高压电场内细颗粒堆积机理研究-论文.pdf

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1、第33卷第3期工程热物理学报Vo1．33．NO．32012年3月J0URNALoFENGINEERINGTHERM0PHYSICSMar．．2012高压电场内细颗粒堆积机理研究靳星李水清杨萌萌卓建坤姚强(清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室，北京100084)摘要细颗粒的堆积既是电厂尾部除尘系统的核心问题，也是航天领域空间环境内限制动力或光学元件性能的关键问题。电场力因具有长程有效性和强可操作性成为控制细颗粒堆积的主要手段。本文通过微观实验研究了高压平行板电场间细颗粒堆积的机理，观察到颗

2、粒在预极化、预荷电、变外电场电压等工况下的堆积形貌，并发展了图像处理的方法统计堆积颗粒数。研究表明，偶极力是外电场下颗粒成链的主因，而颗粒的倒伏则是来自曳力的作用，颗粒链的极限高度主要受外电场场强和颗粒堆积结构的影响。关键词细颗粒；高压电场；堆积形貌；偶极力中图分类号：TK16文献标识码：A文章编号：0253231X(2012)03053304InvestigationonthePackingofFineParticlesinPresenceofHigh—VoltageElectricFieldJIN

3、XingLIShui-QingYANGMeng—-MengZHUOJian．—KunYAOQiang(KeyLaboratoryforThermalScienceandPowerEnglneeringofMinistryofEducation，Tsir!ghuaUniversiBeijing，100084，China)AbstractThepackingoffineparticlesplaysacrucialroleindeterminingthecaptureeficiencyofdustremov

4、aldevicesinpowerplants，aSwellaSinunderstandingtheperformancereductionofopticalorpowerdevicesinaerospaceengineering．Electrostaticforces，foritslong—rangecharacteristicsandfeasiblemanipulation，arewidelyusedtocontrolthepackingoffineparticles．Inthispaper，the

5、packingstructureoffineparticlesoncollectingplatetinderhighelectricfieldisinvestigatedbydigitalmicroscopytechnology．Theefectsofpre—charging，pre—polarization，andexternalelectricfieldonpackingmorphologiesarediscussed．Itisfoundthatthedipole—dipoleforcebetwe

6、enparticlescausestheformationoflongparticlechains．Themaxinmmlengthofparticledendritesduringthepackingisdependentonboththedensityofexternalfieldanddepositstructure．Keywordsfineparticles；high—voltagefield；packingmorphology；dipolarforce0引口细颗粒堆积广泛应用于众多技术和工程

7、领域。一力很差，难以静电脱除。而且lm左右颗粒惯性和方面细颗粒堆积经常自然发生，不利于工程设备使扩散捕获也很弱，布袋脱除效率也较低随着环保用。例如锅炉内换热器表面积灰增大热阻，导致传标准的日趋严格，PM2．5颗粒捕获的研究越来越受到热恶化；航空航天精密仪器中微小碎屑的堆积会影重视。现有的研究以数值模拟与大粒径颗粒宏观实验响设备运行，甚至造成设备故障【1】口另一方面，细颗居多。研究发现随着粒径减小，颗粒间作用力显著增粒堆积可以被利用，人们希望将其增强，比如在除尘强，颗粒堆积结构有显著变化[a5】。然而，

8、对于细颗设备中采用各种技术不断提高颗粒捕获率等。粒堆积机理的微观实验观察和分析报道较少现有除尘设备的主要捕获机理主要有静电捕本文通过搭建平行板间细颗粒堆积实验台，利获、惯性捕获和扩散捕获，所能达到的总捕获效率用显微镜及CCD相机实时观察颗粒堆积的微观形在99％以上，但对于粒径1m左右的极细颗粒捕获貌，并通过图像统计堆积颗粒数量。进而改变颗粒预效率很低。这主要是粒径1rn左右为场致荷电和处理方式和外电场电压，研究颗粒堆积形貌的成因扩散荷电混合区，两种机制都