微细粉尘在静电除尘器中的运动状态分析

来源：网络收集时间：2026-04-22

导读：环境工程 2011年4月第29卷第2期 73 微细粉尘在静电除尘器中的运动状态分析李庆肖振雷李海凤杨振亚欧阳莹（河北大学静电研究所，河北保定 071002） * 摘要：为了分析线板静电除尘器中的电流体动力学过程，利用FEMLAB软件对电势泊松方程和电流连续性方

环境工程

2011年4月第29卷第2期

微细粉尘在静电除尘器中的运动状态分析

李

庆

肖振雷

李海凤

杨振亚

欧阳莹

（河北大学静电研究所，河北保定

071002）

摘要：为了分析线板静电除尘器中的电流体动力学过程，利用FEMLAB软件对电势泊松方程和电流连续性方程进行联立耦合求解，得到线板放电过程中电场强度分布，估算电晕外区不同粒径粉尘所受到的电场力；利用Fluent软件采用动力风模拟离子风的方法计算放电通道的流场分布，得到空间速度分布图，并分析了气流扰动对颗粒物的运动状态该方法可以简化复杂的电的影响。结果表明：利用动力风模拟离子风流场的分布符合放电环境下离子风的形成过程，

流体问题。不同粒径粉尘在电场空间中的运动受到的电场力、离子风力随粒径大小不同而变化很大。研究结果对静电除尘器的改造和设计有很重要的指导意义。

关键词：静电除尘器；电晕放电；场强分布；数值模拟；动力风；运动状态

THEANALYSISOFFINEDUSTMOTIONINELECTROSTATICPRECIPITATOR

LiQing

XiaoZhenlei

LiHaifeng

YangZhenya

OuYangying

（ElectrostaticResearchInstitute，HebeiUniversity，Baoding071002，China）

Abstract：PotentialpoissonequationandcurrentcontinuityequationarecoupledsolutionbyFEMLABsoftware，usingthedistributionofelectricfieldstrengthinwire-plandischargespacetoestimatetheelectricfieldforceondifferentsizedustoutsidecoronazone；thedistributionofairflowingindischargechannelissimulatedbyFluentsoftware.Intheprocessofsimulating，theionwindisinsteadofthedynamicwind.Thevelocitydistributioninspaceisobtained.toanalyzetheeffectoftheairflowingondustmotion.Theresultsshowthatthesimulatedconclusionofusingdynamicwindisfullyconsistentwiththeformationofionwindindischargespace，whichcansimplifythecomplexcurrentbody.Electricfieldforceandionwindforceactondifferentsizedustaredifferent，whentheyaremovingindischargespace.ThisresearchcanprovideveryimportantguidancetothetransformationandthedesignofESP.

Keywords：ESP；coronadischarge；fielddistribution；numericalsimulation；dynamicalwind；stateofmotion

静电除尘器是处理大气颗粒物污染的有效手段，对于大粒径粉尘收集效率能稳定在99.9%，而对数量上占据多数的微细粉尘收集效率却不高。

目前的研究热点集中在提高除尘器对微细粉——尘的收集效率上。根据除尘效率的经典公式—多依奇公式可知，提高除尘效率的手段，有多种方法

［1-3］

尘来讲，形成驱进速度的主要力包括：电场力，引风力，离子风力。

文章以煤粉静电除尘器作为研究对象，分析离子风力和电场力对电场空间的气流扰动的影响，从而对颗粒物在电场中的运动状态进行讨论。

由于煤粉具有一定的燃爆特性，除尘器的入口浓

度上限应有所控制。例如20g/m，换算成体积分数

，对于特定的被处理物来讲，在得到相同的处

如果我们提高了颗粒物在电场中的驱进理效率下，

速度，可以相应的减少收尘极板的板面积，这就意味着减少了除尘器的体积，降低了除尘器的钢材用量，也就相应的提高了除尘器的性价比。而颗粒物在电场中的驱进速度是力作用的结果，对于微细粉

*国家自然科学基金项目（10875036、51077035）；河北省自然科学基金项目（A2010000182）；河北省科技支撑项目（09276712D）。

为0.01%，由于煤粉的占空比很低，可以将含尘气流以简化计算过程。理想化为单相气流（空气），1

物理模型

以线板式除尘器为例，在线板除尘器中，进入除尘器的含尘气流经过均风处理后，垂直于电晕线平面的气流运动情况，近似对称，据此，可以将三维问题简化为二维问题，建立图1的放电通道模型。

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时，求解得到电场强度分布见图2

。

qV

+2=－

ε0y

（1）（2）

Ex=－

VV

，Ey=－xy

VqVq

q2=ε0++

xxyyε0D2q2qε0qq－+Ux+Uy22μExμExyy

()

()()

（3）

Ey分别为场强的x和y方向分量。式中：Ex，

与上述方程组对应的电场边界条件为：1）电晕区O处：V=V0；2）AB线处：V=0；

V3）AC，BD线处：Ex=－=0；

x4）AB，CD线处：Ey=－

V

=0。y

(εEd2)

（4）

其中：ε为相对介电常数；ε0为真空介电常数；dp为粉尘粒径；E0为粉尘所在位置的电场强度。

粉尘所受电场力为式（5）：

F=E0q=3π

εEd(εε+2)

（5）

根据图1所示的模型，利用有限差分法对电场方程组及边界条件进行离散，在电晕电压V0=70kV

对于dp≤0.15μm的颗粒，以扩散荷电为主，饱

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和荷电时粉尘荷电量见式（6）

q=e·

2πε0kTdp

［6］

：

e2udpN0t珔

8ε0kT

k方程为式（10）：

ln1+

()

（6）

xj

(ρkuj)(ρk)+=txiμk[(μ+σ)x]+G

1.38×10－23J/K；T为气体其中：k为波尔兹曼常数，

个/m；e为电子电量；u珔为气体温度；N0为离子浓度，离子的平均热运动速度。

粉尘所受的电场力为式（7）：

2πε0kTdpe2udpN0t

F=Eq=E·ln1+

e8ε0kT

－ρε（10）

ε方程为式（11）：(ρεuj)(ρε)

txixj

()

（7）

[(

μ+

μtε

+xσεj

（11）

)]

2.2离子风力

离子风力是放电过程特有的现象，但是测量电场

C1εεujε

G－C2ερμ

ktxikk

其中：ρ为流体密度；k为湍动能；ε为湍动能耗散率；p为时均压力；μ为层流动力黏性系数；μt为湍流动力黏性系数。2.2.3

计算结果及分析

［12-13］

甚至是不可能中某一点风速的大小和方向是困难的，

实现的。文章利用Fluent软件，以图2所示的数值计算模型为基础，采用在电晕线处设置合理的动力风的方法来模拟放电空间的气流状态。2.2.1

建立模型

由于电晕线对上下两个极板的放电情况完全相因此利用镜像求解法将图1再次简化成只分析电同，

晕线上半部分的气流分布状态，如图3所示

。

根据国内外对离子风的研究现状，文章中

在电晕线处设置75m/s的动力风速。为了提高计算速度并达到更好的收敛效果，在求解计算中将上述方程中的k和ε均设置为100，而且松弛因子Pressure，Density，Bodyforce，Momentum，TurbulencekineticEnergy，Turbulence

Dissipayion

Rate，Turbulence

viscosity分别设置为0.2，0.8，0.8，0.5，0.3，0.6，0.8。得到离子风在电场中的速度矢量分布如图4所示

。

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