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1、荷电液滴吸附颗粒物的试验液滴荷电可加强其对颗粒物的吸附能力，有效提高其除尘效率建立了荷电单液滴吸附颗粒物的试验系统，采用高速摄像技术结合显微放大图像处理技术对颗粒物的运动特性进行了可视化研究，捕捉了荷电液滴在吸附经过中颗粒物的运动轨迹通过分析颗粒物在静电力、质量力以及黏性力等作用下的运动特性，发现颗粒物的粒径是影响其运动的主要因素结果表明:荷电液滴比未荷电液滴更易于吸附颗粒物;颗粒物在到达液滴外表后无法克制液滴的外表张力能，会黏附在液滴外表;部分颗粒物及其微团在飞向荷电液滴的运动经过中会出现奇特的排挤飞散现象;粘黏沉积及排挤飞散现象都会影响荷电液滴捕集颗粒物的效率关键词:荷电单液滴;颗粒物;吸
2、附经过;运动特性;排挤飞散随着工业快速发展，大气中烟尘及有害气体的排放急剧增加大量伴随其中的颗粒物能够长时间漂浮，持续影响环境质量，对公共健康造成严重危害14怎样高效去除空气中的颗粒物成为环保领域的重要研究课题当前广泛应用的除尘技术有布袋除尘、旋风除尘和水膜除尘等这些技术可有效去除大颗粒粉尘，但对于颗粒物脱除的效果有限，且颗粒物粒径越小脱除效率越低5近年来国内外的研究发现，静电喷雾除尘技术能够有效地去除颗粒物611雾滴荷电后，其周围的颗粒物遭到额外静电力的作用，使得颗粒物更容易被雾滴吸附沉降早在1944年文献12就提出荷电液滴吸附颗粒物的应用，尽管人们很早就发现静电对颗粒物的吸附有加强作用，但
3、是静电喷雾除尘技术的研究才刚刚起步近年来很多学者研究静电喷雾除尘技术，如:文献89试验比拟单喷嘴及多喷嘴荷电与未荷电的喷雾除尘效率，其发现荷电后颗粒物的脱除效率有显著提升;文献13数值模拟荷电单液滴及荷电液滴群吸附悬浮颗粒物;文献1415基于牛顿运动定律及拉格朗日法推导出颗粒物在荷电喷雾除尘经过中的运动轨迹方程，并试验研究了荷电水雾除尘器的捕集效率;文献16讨论液滴荷电与否对空气中颗粒物的脱除效率的影响，采用空气微粒计数器测量空气中微粒的浓度，结果表明荷电液滴可有效降低空气中颗粒物的浓度;文献17对荷电液滴去除密闭空间中烟气的效率进行试验，发现液滴荷负电荷时可有效提高烟气的去除效率目前主要集中
4、在对荷电单液滴吸附颗粒物的数值模拟或试验研究宏观喷雾对颗粒物脱除效果的影响，对颗粒物在荷电液滴吸附作用下运动特性的试验研究较少笔者建立荷电单液滴吸附颗粒物的试验系统，采用高速摄像技术结合显微放大图像处理技术对颗粒物的运动特性进行可视化研究1试验方法及装置试验采用悬挂液滴吸附静止颗粒物试验装置如图1所示，由注射器、金属毛细管、螺旋测微头、高压静电发生器、金属铜板和粉尘板等组成毛细管为钢制平口针头，内径为0.21mm，外径为0.51mm，用于悬挂液滴螺旋测微头用于控制产生液滴的大小粉尘板含有深0.50mm的凹面用于铺放颗粒物毛细管通过导线与高压静电发生器相连毛细管管口与粉尘板相距1.80mm粉尘板
5、下衬金属板，金属板接地虚线圈内为拍摄区域试验液滴当量直径为0.801.30mm试验电压为1kV试验所选用颗粒物为玻璃球、铁粉以及铝粉，表1给出了上述材料部分物性参数由于空气湿度原因，颗粒物间会存在毛细力，引起部分颗粒物构成软团圆.为获得液滴的外表图像以及吸附经过中细颗粒的运动轨迹，试验分别采用2种光源，布置方式如图2所示图2a为侧面照射，可获得液滴的外表图像图2b为正面照射，可获得颗粒物的运动轨迹图2试验结果与分析2.1颗粒物的受力分析固定荷电液滴捕集静止颗粒物的经过如图3所示在捕集颗粒物经过中，液滴可吸附大量颗粒物，颗粒物会遭到静电力、质量力和黏性力等作用静电力克制质量力及黏性力，牵引颗粒物
6、到达液滴外表，完成捕集经过这些力的互相耦合对颗粒物的运动有重要影响通过对它们进行比拟能够愈加深化地了解荷电液滴捕集颗粒物的作用机理荷电液滴电势如图4所示，由试验图片与模拟结果合成得出，在液滴正下方离液滴越近，电势线越密，电场强度越大，最大电场强度Emax1103kVm1从表2能够看出:液滴荷电后，PM10颗粒遭到黏性力影响，但运动轨迹不会因黏性流产生畸变，静电力仍然起主导作用由式(1)，(2)，(4)发现:质量力与r3、静电力与r2有关，而物体所受的黏性力与r成比例因而，随着颗粒物的粒径减小，黏性力的影响将逐步增大，颗粒物对流体的跟随性将加强2.2颗粒物的沉积现象颗粒物在荷电液滴外表的沉积如图
7、5所示不同的颗粒物均黏附在液滴外表，未通过气液交界面进入液滴内部在多数工况下，颗粒在静电力作用下产生的动能缺乏以克制液滴的外表张力能而通过气液交界面在液滴内部进行沉积因而，颗粒物会集中黏附在液滴外表在静电喷雾除尘中，破碎掉落液滴吸附颗粒物的静电力比试验中静止液滴吸附颗粒物的静电力小所以在静电喷雾除尘经过中，绝大部分不可溶颗粒物会黏附在液滴外表当在水中参加外表活性剂后可有效提高大空间的除尘效率，可能是由于参加外表活性剂使液滴的外表能降低，颗粒物能够通过气液交界面进入到液滴内部2.3颗粒物的吸附反弹现象在荷电液滴吸附颗粒物的经过中，颗粒物会出现反弹现象，如图6，7所示，部分颗粒物远离液滴，这些反弹
8、颗粒物都来自颗粒微团颗粒物的反弹现象可分为2种情况:颗粒微团飞向液滴时破碎，部分颗粒物远离液滴;颗粒微团撞击液滴后破碎，部分颗粒物被排挤颗粒微团飞向液滴及破碎后的运动轨迹如图6所示，其中，为颗粒物在某一时刻的位置，为微团破碎位置微团在靠近液滴的经过中发生破碎，靠近液滴一侧的颗粒物加速飞向液滴，而远离液滴侧的颗粒物背向液滴运动从0.334ms到0.734ms，破碎后的颗粒物加速远离液滴，其运动轨迹近似垂直于液滴外表，讲明此时颗粒物已经荷负电由于液滴所产生的电场为非均匀电场，微团在该电场中会遭到梯度力的作用梯度力与场强的梯度成正比，颗粒微团上不同位置处的场强不同，因而微团上各处所受的梯度力不同当微
9、团内颗粒物间的凝聚力小于梯度力之差时，微团破碎微团破碎时间非常短，远小于颗粒物的荷电弛豫时间，微团破碎霎时其内部电荷无法及时分布，靠近液滴侧的颗粒物带上正电荷，另一侧颗粒物则带负电荷由于库仑力决定颗粒物的运动，因而靠近液滴侧颗粒物加速驶向液滴，另一侧颗粒物则沿近似垂直液滴外表方向远离液滴图7为颗粒微团撞击液滴外表破碎后部分颗粒的运动轨迹微团在撞击液滴的经过中破碎，与液滴接触的部分被液滴吸附，其余部分则被排挤远离液滴，被排挤颗粒物的运动轨迹近似垂直于液滴外表这是由于颗粒物及其微团无法克制液滴的外表能，难以通过气液交界面进入到液滴内部，颗粒物的荷电弛豫时间小于其运动特征时间，微团与气液交界面接触后
10、交界面上的负电荷迅速分布到微团上，当斥力大于颗粒物间的团圆力时，微团破碎，进而使未与液滴接触的部分沿近似垂直液滴外表的方向远离液滴固然静电喷雾除尘存在静电力的作用会明显提高对细小颗粒物的捕集效率，但静电力的作用可以以使部分已经团圆的颗粒物破碎变成更小的微团，引起排挤飞散1)在液滴捕集颗粒物的经过中，颗粒物遭到静电力、质量力以及黏性力等力的作用当颗粒物粒径较大时(如PM10)，静电力起主导作用当颗粒物粒径较小时，黏性力会对颗粒物的运动产生影响当颗粒物的粒径更小时，颗粒物的运动轨迹会因黏性流而产生畸变2)在静电喷雾除尘经过中，由于颗粒物难以克制液滴的外表能，颗粒物无法通过气液交界面进入到液滴内部，这将会影响到除尘的效率3)液滴荷电后，额外静电力的作用明显加强液滴对颗粒物的捕集效果，但梯度力的存在可能会引起微团破碎，进而造成排挤飞散颗粒微团撞击气液交界面后，库仑力使微团破碎，未与液滴接触的部分偏离液滴，影响捕集效率