感应荷电喷雾荷电性能与喷雾特性试验研究

荷电喷雾技术是一种利用静电作用控制液滴运动来改善喷雾特性的手段,它的效果受到喷雾荷电性能的直接影响。为此,从水雾感应荷电理论出发,建立雾滴群荷电量的理论公式,通过试验研究电极参数对雾滴荷电性能的影响,并测试了喷雾特性。结果表明:1)最佳极间距与液膜破碎长度有关,完全破碎前荷质比随极间距增加而增加,完全破碎后荷质比随极间距增加而减小,荷电性能随电极环直径减小而增大;2)荷电喷雾能提高药液在目标物表面和背部的沉积量,同时改善均匀性;3)雾滴粒径在静电力作用下逐步减小,分布趋于均匀。     

蒸汽喷雾不同荷电方式的荷电特性与静电场研究

为研究蒸汽喷雾的荷电特性和静电场特性，对饱和蒸汽喷雾分别展开3种荷电方式实验：电晕荷电、感应荷电和接触荷电。以针–板电极、环电极和针–环电极这3种电极结构作为研究对象，对充电电压、电极间距和电极位置对喷雾的荷质比和静电场的影响展开研究。结果表明：随着充电电压增加，对针–板电极，液滴受到电晕放电和离子风促进蒸发的共同作用，喷雾的荷质比先增加后降低；对环电极，喷雾荷质比先增加后降低；对针–环电极，喷雾荷质比单调增长。减小电极间距、增加电极与喷嘴距离可有效增加喷雾的荷质比；充电电压为负极性时荷电效率更高，相同充电电压下接触荷电产生喷雾荷质比和静电场均高于其他两种荷电方式，最大荷质比为1.61 mC/kg，喷雾产生的静电场由荷电液滴与液滴蒸发后向四周迁移的离子共同产生。     

感应荷电过程中喷雾荷电特性影响规律实验研究

荷电水雾可有效提高液滴捕集微细颗粒物的效率,其中液滴的荷电特性是影响荷电水雾除尘效率的重要因素。为此,从水雾感应荷电理论出发,建立了液滴群荷电量的理论计算式,通过改变荷电电压、电极间距、雾化压力以及电极环直径,实验研究了各种因素对液滴荷质比的影响规律,并测试了喷雾特性。实验研究结果表明:液滴荷质比随荷电电压的升高而先增大后减小,随电极环直径的增大而减小,随电极间距的增大而增大;液滴的荷电效果与雾化压力有关,且对于同一喷嘴存在荷电效果最佳的雾化压力值;液滴粒径随荷电电压的增大而逐渐减小,且当液滴粒径较小时,荷电电压对液滴粒径的影响相对较弱。该研究结果对于提高液滴的荷电效果、促进荷电水雾在控制微细颗粒物方面的应用具有重要的指导意义。     

蒸发过程中液滴荷电情况分析

为了研究温度场引起的蒸发传质对荷电二次雾化的影响,采用蒸发模型及临界荷质比公式对液滴的不同温度条件下的稳态温度及其临界荷质比变化进行了计算,获得了液滴的稳态温度值的变化趋势及其寿命范围内蒸发作用下的临界荷质比。研究结果表明:不同初始表面温度的液滴处于相同的环境温度时,稳态温度最终会趋于一致,且初始表面温度越高,非稳态蒸发过程越短;初始表面温度一定的液滴处于不同的环境温度时,稳态温度随环境温度的升高而升高,且环境温度越高,非稳态蒸发过程越短;液滴初始粒径及环境温度一定,液滴的初始表面温度接近稳态温度时,破碎所需要的临界荷质比最小,且临界荷质比在初始表面温度在高于稳态温度时较初始表面温度低于稳态温度时要大;液滴的初始粒径和初始表面温度一定时,破碎所需要的临界荷质比随环境温度的升高而升高。     

煤粉荷电试验装置设计及其荷电量测量

基于固体颗粒荷电理论模型,结合煤粉自身特性,对电场荷电下煤粉颗粒荷电理论模型进行分析,得到煤粉颗粒荷电主要影响因素与荷电规律。自行设计了煤粉荷电与荷电量测量试验装置,采用线-筒型电极结构及直流正电晕方式荷电,荷电量的测量采用法拉第筒法。通过对不同荷电电压、不同粒径下无烟煤煤粉与高硫烟煤煤粉颗粒荷质比变化规律的试验研究,证明了此荷电系统用于煤粉荷电的可行性,同时对法拉第筒的屏蔽问题进行了探讨。     

水煤浆雾滴群荷电特性的试验研究

利用针管–环状电极配置的微喷射流静电雾化系统对水煤浆雾滴群的荷电特性进行了试验研究,以雾滴群的荷质比作为衡量其荷电效果的指标,采用网状目标法获得了高压静电场强度、水煤浆电导率以及射流流量对水煤浆雾滴群荷电特性的影响规律。试验中发现充电电极在正向加压及逆向减压的情况下,水煤浆雾滴群表现出两种不同的荷电规律, 除起止电压之外,雾滴群在正向加压过程的荷质比均不同程度略小于同等条件下逆向减压过程的荷质比。研究还表明：环状充电电极加载25 kV以内的电压已经能使水煤浆射流在静电场以感应荷电方式有效充电,达到静电雾化的条件;相对高的感应场强、液体电导率以及较低的射流量能够使雾滴群获得较高的荷质比。     

等离子体射流雾滴的荷电特性研究

为了从理论上探讨等离子体荷电过程出现的瞬时不稳定和突变现象,在高压电场下用网状目标法测量雾滴群体电流,用荷质比评价雾滴的荷电效果,试验研究了电晕产生的等离子体射流喷雾荷电过程。电极间气体电离过程的伏安特性分析、荷电过程的电学模型理论分析和试验结果表明:等离子体荷电喷雾产生的突变现象是极间气体电离,阻抗变化,从而引起极间电压降低,电流(荷质比)增大,是等离子荷电过程的固有特性;等离子体荷电喷雾雾滴的荷质比与荷电电压间存在线性关系,其荷电效果受电极的结构形式和尺寸、极间气体介质的厚度、雾化液体的介电性能及喷头和喷雾参数等因素的影响;安全高效的荷电电压要高于起晕电压,宜为15-20 kV。     

电极位置影响荷电量的试验研究

为研究在感应荷电状态下环形针状电极安装位置对雾滴荷电性能影响,进行了相同的喷雾压力和液体介质的条件下,3种不同流量喷头的全因素射流荷电喷雾试验。试验采用环径50 mm的电极,等距离选取5种安装位置,用网状目标法测量群体雾滴电流,用荷质比评价感应荷电性能,此后详细分析了荷电电压、电极安装位置及喷头流量等因素对荷电量的影响。试验结果表明:荷电量与荷电电压成正比并随电极的安装位置前移而增大;荷电量与安装位置间存在线性关系;喷头流量对荷质比的影响较大。最后根据试验结果提出了荷电量计算公式和相应系数的计算方法,其计算误差<5%,可用于荷电量计算和预测,为荷电效果的定量分析奠定基础。     

低浓度石灰浆雾滴荷电特性的试验研究

为深入探索石灰浆液荷电雾化脱硫的机理,对石灰浆雾滴荷电特性进行了研究。通过石灰浆雾滴荷质比、喷雾场的测试和机理分析表明:石灰浆雾滴的荷电效果与浆液流量、雾化角、充电装置结构参数、充电电压等诸多因素有关;荷质比随浆液流量、雾化角的增大而增大,但雾化角进入稳定值后继续增大流量对提高荷质比的作用不明显;电极放电电压随喷嘴与电极距离、名义雾化角和流量的增大而减小;在本试验条件下,流量<45 L/h时存在最佳电压值,约为11 kV,流量>45 L/h时荷电电压值宜控制在约12 kV;石灰浆雾滴荷电能有效地使雾滴细化而且分布趋向均匀。     

输煤系统荷电水雾除尘器的研制与应用

火电厂输煤系统粉尘治理一直是电力系统的重点难题,吉林热电厂与东北师范大学静电研究所通过多年的努力、联合研制成“输煤系统转运点准脉冲荷电水雾除尘器”,本文介绍了该设备的性能指标、工作原理及应用情况。     

基于圆锥管状电极的高压静电场对雾滴荷电的影响

静电喷头电极产生的高压静电场对雾滴荷电及沉积效果有重要影响,为此,根据航空静电喷雾的特点改进原有圆柱管状电极型式为圆锥管状电极。借助Ansoft Maxwell软件和试验测试方法对锥形管状电极的空间电场强度进行分析。建立了基于圆锥管状电极静电喷头的雾滴荷电效果测试系统,开展了模拟飞行条件下的充电电压对雾滴荷质比及沉积分布的影响效果试验研究。结果显示:电极空间电场模拟结果与测试计算结果基本符合,确定靠近锥形电极20~70 mm范围为最佳荷电区域。雾滴荷质比随着充电电压的增加有增加的趋势,与距离喷头的轴向位置关系不大,当电压达到10 kV时雾滴荷电饱和,并获得了最大荷质比2.13 mC/kg。相比0 kV条件,10 kV电压条件下的雾滴在中性靶标侧面、下面和背面的沉积量有明显提高,分别平均提高了18、19、18 cm-2;雾滴在正极靶标的沉积量明显多于负极和中性靶标,在正极靶标背面上的平均沉积量相比其正面和侧面增加的更多,达到86%。     

乙醇-生物柴油液滴的荷电与破碎特性分析

研究燃料液滴的荷电与破碎是雾化问题的关键。将乙醇与生物柴油掺混,制得体积比分别为1:9、2:8、3:7、4:6及5:5这5种掺混燃料,在静电雾化系统中进行对比实验。基于电场分布的理论计算,分析了各燃料的荷电性能,讨论了稳定锥射流模式下液滴的破碎特性。根据液滴破碎的力学机理,基于液滴气动力克服表面张力发生破碎的韦伯模型,考虑荷电后液滴表面张力的变化,得出了静电韦伯数。实验结果表明:随着喷嘴电压升高,燃料的荷质比增大。乙醇比例越高,燃料荷质比越大。计算结果表明:乙醇比例高的燃料液滴其静电韦伯数越大,越有可能发生破碎。基于静电韦伯数,推导出带电液滴破碎的判别条件,并实验验证了燃料液滴破碎时静电韦伯数的临界值为19。     

沙粒荷电测量系统设计及沙粒荷电量测量仿真

自然环境中的沙尘带电现象可能会威胁输电线路的安全运行,准确获取沙尘的荷电特性对于定量模拟真实的风沙带电环境,研究风沙天气对外绝缘特性的影响具有非常重要意义。该文设计了一套沙粒荷电测量系统,该系统采用直流电晕方式荷电、通过装设平行电极板和开孔屏蔽盘滤除空气离子与外界电场对测量结果的干扰,并使用高阻计高精度测量沙粒的荷电量。利用此实验系统开展了不同直流电压下沙粒荷质比变化规律的研究,并基于固体荷电理论数值模拟了沙粒的荷电过程,实验结果与模拟计算结果吻合,两者均表明:沙粒荷质比随直流电压的升高线性增长。实验测量的最大沙粒荷质比超过±30mC/kg,达到了国内外学者在野外沙尘天气中测得的沙尘荷质比量值,研究结果可用于未来定量模拟真实的风沙带电环境,具有一定的工程指导意义。     

双流体雾化荷电特性试验

为了有效改善石灰浆喷雾烟气脱硫中的浆液雾化,提高烟气脱硫效率,在引入双流体静电喷雾技术中,建立了环形电极的感应荷电的数学模型,计算了电极诱导的电位;采用目标网状法设计了雾滴荷质比Aq的测定装置,测量了不同浆液质量分数w(slurry)、气体流量Qg、液体流量Ql、荷电电压Uq下雾滴的Aq。结果表明,Aq随着Uq的增大而增加;在同一Uq下,Ql增大则Aq变小,Qg增加则Aq增大。随着w(slurry)的增大,Aq呈现下降趋势,在w(slurry)>1.0%时,Aq变化不明显。     

脉冲放电粒子荷电机理的研究

脉冲电晕放电在脉冲期间产生大量的高能电子,形成粒子在电场中的电子荷电。依据粒子附近的电子密度Ｂｏｌｔｚｍａｎ分布和电子在粒子表面传输的速率方程,在电子的动能大于或等于粒子表面势垒能的边界条件基础上得到粒子在脉冲电晕场中粒子荷电的速率方程,并利用龙格库塔法求解荷电速率方程得到粒子在脉冲放电条件下的荷电量。计算结果表明脉冲放电下的粒子荷电量平均是直流电晕放电的离子荷电量的２０倍,最大荷电量是０５～１５μｍ范围内的粒子,荷电量是直流电晕的２６倍。这一结果不仅与Ｄａｖｉｄ的粒子自由电子荷电理论结果相似,而且与微细粒子电子荷电量测试结果基本一致。     

感应荷电喷雾静电场与荷电特性分析

感应荷电喷雾静电场的特性是感应荷电喷雾流场与静电场耦合计算的基础,也是荷电喷雾技术基础理论研究的关键之一。为了了解喷雾静电场中环状电极的感应静电场分布特性,在感应荷电机理分析和静电场物理模型建立的基础上,通过将商用FLUENT计算功能的扩展,对感应荷电喷雾中喷嘴与环状电极静电场进行数值模拟,并对静电场分布特性进行分析,结合感应荷电机理,明确感应静电场分布对喷雾液滴荷电效果的影响,从而可以通过改变静电场的分布特性改善液滴荷电质量。计算结果表明:随着充电电压的增加或电极间距的减小,电极处电场强度增强,尤其是喷嘴电极处增幅明显;电场强度沿轴向衰减迅速,故拥有高场强的电极及其附近区域是液滴感应荷电的关键,研究结论与有关试验结果相符合。因此,较高充电电压或较小电极间距(10mm以下)情况下的喷嘴与环形电极的静电场分布有利于获得较好的荷电效果和喷雾质量。     

感应荷电过程中液滴雾化与荷电特性的相互影响

液滴的雾化与荷电特性直接关系到荷电液滴的工业应用效果。为研究感应荷电过程中两者的相互影响关系,在喷水质量流量不变的前提下,通过调节雾化压力改变液滴雾化特性,以网状目标法和粒子动态分析仪（PDA）作为测试方法和手段,系统地进行了液滴雾化与荷电特性相互影响的对比试验,并对荷电过程中的液滴回吸现象进行了研究。结果表明,在感应...     

颗粒荷电对绝缘子沿面场强影响的数值模拟

污秽颗粒荷电会影响绝缘子周围场强分布,改变颗粒轨迹,进而影响其表面积污状况及电力系统的可靠性。以0～±30kV直流电压作用下XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,建立了该绝缘子物理模型,利用COMSOL软件对颗粒不同荷电方式时该绝缘子表面的积污特性进行了数值模拟,与华北电力大学(保定)风洞实验室开展的风洞试验的结果对比,探究了颗粒"按比例"荷电方式的模拟方法的合理性。籍此,以110kV直流电压作用下XSP-160型瓷三伞绝缘子为研究对象,对清洁和污染环境中该绝缘子沿面场强进行数值模拟和对比分析,探究颗粒荷质比和荷电极性对该绝缘子沿面场强的影响。研究结果表明:颗粒"按比例"荷电方式的模拟方法相对合理;污染环境中各伞裙场强峰值点均处于其几何特征凸点处,其场强畸变率最高可达6倍;高压端2号和低压端7号伞裙沿面场强随着荷质比绝对值的倍增而非线性增大,其主要特征点处沿面场强分布特征分别为:正荷质比负荷质比≈清洁环境、负荷质比正荷质比清洁环境。     

两种炉型粉煤灰电学特性的实验研究

选取煤粉炉和循环流化床锅炉的粉煤灰进行电学特性实验研究。结果表明:温度对粉煤灰比电阻有很大影响,且粉煤灰比电阻在150℃达到最大,粉煤灰比电阻随电压的增加而降低;在电压8~20kV内,粉煤灰荷质比随着电压的增加先增加而后迅速下降,粉煤灰颗粒荷电能力随着颗粒粒径的增加而增强。两种炉型粉煤灰比电阻及荷质比随实验单一因素变化大体走势相同。     

静电场中带电浆液雾滴静电破碎分析

为了研究静电喷雾两相流动过程中高压静电场对雾滴破碎的影响,探讨雾滴静电破碎的机理,采用瑞利极限对石灰浆液雾滴的静电破碎过程进行了理论分析和实验验证,获得了影响石灰浆液雾滴静电破碎的因素及不同静电电压下雾滴的粒径分布与荷质比的关系。理论分析表明:静电场中雾滴在瑞利极限和泰勒极限的要求下产生破碎,影响其破碎的因素包括荷电量、射流速速、雾滴粒径、表面张力、浆液质量分数以及温度等,其中雾滴荷质比、射流速度在雾滴静电破碎过程中起着重要作用,雾滴越大,其破碎的荷质比越大。对雾滴破碎的实验表明,雾滴粒径随着荷质比的增大而逐渐减小,破碎的荷质比远小于其估算值,分析认为雾滴在静电力作用下确实产生了破碎,其破碎过程不但与静电力有关,同时与静电场、速度场及其他外界因素紧密相关,静电力是静电喷雾流场中雾滴发生破碎的重要因素。