Исследование зарядки аэрозоля в поле коронного разряда

Бородин, И.Ф., Лекомцев П.Л.

Московский государственный агроинженерный

университет им В.П. Горячкина, г. Москва.

Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, г. Ижевск

В последние годы  вопросы ресурсосбережения и экологии в животноводстве и растениеводстве приобретают все большую актуальность. В этой связи значительный интерес представляет разработка и использование новых высокоэффективных методов обработки помещений, позволяющих снизить расход препаратов и избежать загрязнения окружающей среды от  вредных выбросов аэрозолей.

К таким методам относится электроаэрозольный, основанный на придании электрического заряда частицам аэрозоля. В электрически заряженном аэрозоле по сравнению с незаряженным возникают дополнительные силы взаимодействия частиц, открываются новые возможности для управления процессами распространения и осаждения электроаэрозолей.

Одним из способов зарядки аэрозоля является ионная зарядка в поле коронного разряда.

При коронном разряде в аэрозолях сила разрядного тока с единицы длины проволоки выражается формулой [1]

sila razrjadnogo toka
(1)

где ii – сила тока, обусловленная дрейфом ионов, А/м; ir – сила тока, обусловленная дрейфом аэрозольных частиц, А/м.

В случае, когда заряженный аэрозоль выносится из зоны коронного разряда, сила разрядного тока уменьшается на величину дрейфового тока аэрозоля

drejfovyj tok ajerozolja
(2)

где qi, qr – соответственно заряд иона и аэрозольной частицы, Кл; ni, nr – соответственно концентрация ионов и аэрозольных частиц, м-3; ki, kr – соответственно подвижности ионов и аэрозольных частиц, м2/(В×с); Ex – напряженность в промежуточной точке, В/м; rx – расстояние до промежуточной точки, м.

Как показывают расчеты, выполненные по выражению (2) ВАХ коронного разряда в аэрозолях сдвигаются относительно характеристик разряда в чистом воздухе (рис.2). Объясняется это тем, что малоподвижный объемный заряд аэрозольных частиц ослабляет напряженность поля в короне, вследствие чего начальная напряженность коронного разряда увеличивается. Кроме того, разрядный ток уменьшается на величину потока заряженных частиц аэрозоля.

Для проведения исследований ВАХ коронного разряда в потоке аэрозолей была разработана экспериментальная установка (рис. 1).

VAH v potoke ajerozolej

Рис. 1 – Экспериментальная установка.

1 – компрессор; 2 – манометр; 3 – струйный аэрозольный генератор;    4 – осадительный электрод; 5 – коронирующий электрод; 6 – коллектор; 7 – сетка;              8 – микроамперметр; 9, 11 – киловольтметр; 10 – высоковольтный источник питания.

Установка состоит из компрессора 1, струйного аэрозольного генератора 3, зарядной системы, состоящей из осадительного электрода 4, диаметром 12 см и коронирующего электрода 5, коллектора 6 для улавливания заряженного аэрозоля. Ток коронного разряда контролируется микроамперметром 8, зарядка аэрозоля выполняется при помощи высоковольтного источника питания 10, величина напряжения на зарядном устройстве и коллекторе контролируется статическими киловольтметрами 9 и 11.

Работает установка следующим образом. Аэрозоль распыляется из форсунок струйного генератора 3. Давление сжатого воздуха, подаваемого в генератор из компрессора, контролируется манометром 2. Распыленный аэрозоль попадает в зарядное устройство 4 и заряжается в поле коронного разряда, созданного между осадительным и коронирующим электродом. Далее заряженные частицы аэрозоля воздушным потоком выносятся за пределы коронного разряда и осаждаются на коллекторе, что приводит к появлению на нем потенциала относительно земли.

При проведении экспериментов давление сжатого воздуха составляло 2,5 атм., что обеспечивало производительность генератора 85 мл/мин, медианный диаметр капель аэрозоля 20 мкм. Диаметры коронирующих электродов выбирали равными 0,2 и 0,5 мм.

Результаты экспериментов отражены на рис. 2.

VAH koronnogo razrjada

Рис. 2 – ВАХ коронного разряда в потоке аэрозолей.

Как видно из рис. 2 использование электродов с диаметром 0,2 мм обеспечивает более высокий ток конвекции по сравнению с электродами диаметром 0,5 мм.  В обоих случаях при появлении струи аэрозоля в зоне коронного разряда ток короны уменьшается – графики смещаются вправо. Связано это со следующим обстоятельством. При отсутствии аэрозоля ток короны целиком определяется потоком аэроионов от коронирующего электрода к осадительному. При появлении поперечного потока аэрозоля часть ионов осаждается на капельках аэрозоля, вызывая их зарядку. Количество ионов, достигающих осадительного электрода уменьшатся, соответственно уменьшается ток короны.

По величине накопленного потенциала на коллекторе можно определить удельный заряд аэрозоля

udelnyj zarjad ajerozolja
(3)

где U — потенциал коллектора относительно земли, В; С — емкость коллектора относительно земли, Ф; Св — входная емкость прибора, Ф; m — масса жидкости, осевшей на коллекторе, кг.

Изменение удельного заряда аэрозоля от величины напряжения коронного разряда приведено на рис. 3.

Izmenenie udelnogo zarjada ajerozolja

Рис. 3 – Зависимость удельного заряда аэрозоля от напряжения.

Как видно из рис. 3 с увеличением напряжения короны эффективность зарядки аэрозоля повышается, следовательно, увеличивается удельный заряд аэрозоля.

Таким образом, использование коронного разряда позволяет получить заряженный аэрозоль. При этом величиной заряда можно управлять изменением напряжения на электродах зарядного устройства.

 

Выводы.

  1. При коронном разряде в аэрозолях разрядный ток складывается из тока дрейфа ионов и тока дрейфа аэрозолей.
  2. При выносе аэрозоля из зоны зарядки разрядный ток короны уменьшается пропорционально величине заряда капель аэрозоля, что приводит к смешению ВАХ короны.
  3. Увеличение напряжения коронного разряда приводит к увеличению удельного заряда аэрозоля.
  4. Коронный разряд можно использовать для зарядки аэрозоля струйных аэрозольных генераторов

 

 

Литература

  1. Лившиц М.Н., Моисеев В.М. Электрические явления в аэрозолях и их применение. – М.,-Л.: «Энергия», 1965, 224 с.