针–板电极负电晕放电下离子分布状态的影响因素

为研究电晕放电过程中影响离子分布的因素,用针-板电极电晕放电装置,通过改变放电空间的大小,测量了不同放电电压下接地极板不同区域的电流分布。并通过电场模拟及离子风流场模拟,分析了负电晕放电过程中电场强度、离子风、空间离子之间相互作用的关系。结果表明:在针-板电电极晕放电过程中,空间离子的运动状态与放电电场强度和离子风流场分布相互干扰,最终形成离子在电场中的分布状态;放电电场强度是影响离子运动轨迹的主导因素,但是随着电场强度的减弱,离子风流场逐渐形成,离子风将携带部分离子运动,因此,此时离子风的流场形式是影响离子运动状态的主要因素。通过对离子在电场中的运动状态分析,为解决放电场中离子与电场中物质相互作用提供了理论支持。     

电晕放电离子风实验与理论研究进展及应用发展前景

由于离子风的产生无需机械旋转部件、低功耗和低噪声等因素,其在诸多领域受到关注,特别是在强化散热、气动流体控制和推进等领域存在较大的潜在应用价值。目前,电晕放电离子风的研究已在实验测量、理论模型和应用方面都取得了一定的成果和进展;主要从上述3方面总结了国内外研究学者在电晕放电离子风的电晕放电特性、离子风流场特性和机理等研究方面获得的成果,同时提出了目前研究中存在的问题(如能量转换效率低、电晕区流场测量不完善、推力产生机理不统一等)和解决方案。另外,简要介绍了电晕放电离子风技术在散热、气动流体控制和推进3个方面的应用情况,虽然该项技术新颖且潜能巨大,但离走上工程应用仍有一段距离。     

离子风对静电除尘器中颗粒物脱除的影响机制研究

静电除尘器中电晕放电产生的离子风是影响颗粒迁移和沉积的重要因素,通过建立多过程耦合的静电除尘器数值模型,研究了不同极配型式静电除尘器的电场分布特性及离子风对空间流场和颗粒物脱除的影响规律。结果表明,针刺电极电场强度和离子电荷密度的最高值均略高于芒刺电极,但是芒刺电极的静电场分布更加均匀。在外加电压为60k V时,针刺电极和芒刺电极的离子风最高流速分别可达7.91m/s和4.62m/s,离子风会促进荷电颗粒向收尘极板运动,同时也会形成近壁高速区造成堆积颗粒的不均匀分布并导致二次扬尘。由此,针对不同形式静电除尘器提出了合理调整放电电极结构方法,进行离子风调控以强化颗粒物脱除。     

芒刺线–板式电除尘器内离子风特性研究

利用3D粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)技术测定不同放电电压、不同板间距下芒刺线-板电除尘器内部离子风的特性。实验结果表明:电除尘器通道内离子风最大速度出现在距离芒刺尖端25±3mm处,且加速区内离子风速度V与距离芒刺尖端的长度L、放电电压U符合一非线性方程。对近壁区离子风速度进行分析,发现离子风的X向分速度关于芒刺线对称,最大值出现位置与Y向分速度一致,均出现在正对芒刺尖端的极板处;Z向分速度占比最大,是决定近壁区离子风速度大小的重要因素。     

直流输电导线负极性电晕放电离子风流动特性研究

为厘清输电线路电晕放电与导线振动特性间的关系,该文对有来流时直流输电导线负极性电晕放电离子风的流动特性进行了研究。利用电–流体力学方法,建立与Navier-Stokes方程耦合的二维单极离子漂移模型,研究导线电晕放电时电压和导线直径对电流体力、离子风流场分布和流速大小的影响。研究结果表明,域内的最大速度出现在距离导线边缘1mm处,离子风会抑制模拟域中的最大速度,而对尾流区域的来流速度有明显激励作用;在电晕放电发生后,电压等级的增大对导线周围速度大小影响较小,但会使导线表面的电流体力增大;导线直径对离子风影响显著,导线直径的改变将诱导组合速度分布发生改变,并使电流体力增大,最大组合风速也相应提高。研究结果将为高压输电导线电晕振动特性研究提供理论指导。     

基于FLUENT的风粉管道风速流场模拟

电站锅炉二次风管道中,难以实现风速的准确测量,其主要原因是由于靠背管的流量系数以及实际安装位置难以有效确定。为了实现二次风速的准确测量,使用流体计算软件FLUENT对二次风管道内不同条件下的风速流场分布进行数值模拟。将模拟条件下的风速与实验获得的风速进行对比分析,选出流量系数的最佳范围;通过数值模拟挡板、弯头对二次风速流场分布的影响,确定靠背管的有效安装位置,从而实现二次风速的准确测量。该方法已在某电厂中得到应用,具有实际工程应用价值。     

一种“多针—网”结构的离子风特性研究

离子风在航天、环境、材料、能源和军事等领域有着广阔的应用前景。笔者依据电晕放电的原理,提出了一种"多针—网"的结构,成功实现了离子风的激发。在针电极电压为-4 310 V、网电极接地的实验条件下,该装置激发的离子风风速可达1.1 m/s。另外,笔者利用机械式法拉第筒对离子风进行了微电流检测,检测电流强度最高可达-10 nA,相比而言,加高压前的离子风装置的暗电流仅为-40 pA。实验结果表明,"多针—网"结构可以作为离子源使样品电离,并使大量的样品离子随离子风的流动而运动,完成样品离子的进样。因此,这种"多针—网"结构的离子风设计可以将传统质谱仪中的离子源和进样系统合二为一,从而简化质谱分析的过程、减小质谱仪的体积,有望在实时在线分析的便携式质谱仪中应用。     

新型双极电晕放电器的放电特性

为了得到放电参数更好的电晕放电器,解决传统电晕放电器在施加单极性高压电源时只在高压电极上放电,而接地极上并不放电的情况,采用了一种新型针—针式结构的双极电晕放电器,在施加单极性高压电源时,放电器内能同时在高压电极和接地电极产生正、负两种不同极性的电晕放电。实验研究直流高压与脉冲高压下新型双极电晕放电器的伏安特性、放电现象和离子风时,在平均场强约3.4kV/cm条件下采用粒子图像测速仪(PIV)测得电场内正、负离子风的核心区风速约2m/s。与针—板式电晕放电器相比,新型双极电晕放电器的工作电压降低,而输出功率和电流密度明显提高。     

电极参数对尖-板电极空气放电离子风特性的影响

空气放电离子风技术是一门新颖的技术,在实际应用方面具有现有技术手段不可比拟的优势。文章采用PIV(Particle Image Velocimetry)粒子测速技术,获得了清晰准确的离子风速度场图像。研究结果显示:减小尖电极曲率半径,可以在同样的电压等级条件下有效地提高离子风速度;接地电极采用金属网,可以克服板状电极对于离子风发展的部分束缚作用,在较低电压下能得到较高的风速,且可获得较为广阔、流场较为均匀的离子风作用区域。     

芒刺线–板式电除尘器内流场研究

电除尘器内气流流动影响微细粒子的运动与捕集。利用3D-粒子图像测试技术测定不同放电电压、电场风速以及线间距下芒刺线–板电除尘器内部的复合流场。实验结果表明:单电晕线放电时,放电电压的增加使粒子运动更加复杂,通道内的涡旋会带动近壁区部分粒子远离极板,影响粒子捕集。电场风速的增加会弱化流场中的涡旋运动,使近壁区粒子的x向分速度占比减小,z向分速度占比增大;电场风速为0.8m/s时,y向分速度占比达到最大。线间距的增加会降低涡旋强度,气流偏转程度减弱,沿电场力方向的y向分速度则会随之增加。