近年來,我國多數(shù)城市大氣污染嚴(yán)重,以PM2.5為代表的空氣細(xì)顆粒污染物引起社會廣泛關(guān)注[1-2].面對這一健康威脅,室內(nèi)空氣凈化器成為越來越多人的選擇.而靜電除塵器(ESP)因效率高、阻力小和無耗材的特點受到關(guān)注,其在室內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域的潛力正被挖掘和研究[3].

常用的電除塵器按結(jié)構(gòu)可分為單區(qū)和雙區(qū),區(qū)別在于前者內(nèi)部顆粒的荷電和捕集過程同時進(jìn)行,而后者顆粒荷電和捕集過程則分別在荷電區(qū)和收塵區(qū)完成.單區(qū)ESP結(jié)構(gòu)簡單,處理流量大,常應(yīng)用于工廠尾氣處理.但內(nèi)部電流體的作用使其對小粒徑顆粒的捕集效果較低[4],臭氧發(fā)生率也較高[5],不適用于室內(nèi)空氣凈化.相較而言在這兩方面表現(xiàn)更優(yōu)的雙區(qū)ESP更能滿足室內(nèi)空氣凈化的需求[6-7].

近年來研究者對雙區(qū)ESP的研究重點在于超細(xì)顆粒物去除率的提升,研究方向可歸納為材料開發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化.例如使用新的放電極材料或?qū)κ諌m極表面包裹泡沫材料,以強(qiáng)化顆粒荷電過程或減少二次揚(yáng)塵現(xiàn)象,使超細(xì)顆粒物去除率得到提升[8-9].此外也有學(xué)者對雙區(qū)ESP的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,目標(biāo)主要為顆粒凝并結(jié)構(gòu)的設(shè)計,使超細(xì)顆粒在荷電的同時凝并長大,降低超細(xì)顆粒物的捕集難度[10].另外有學(xué)者專注于雙區(qū)ESP的參數(shù)優(yōu)化,測定放電極電壓、供電方式(AC/DC)、入口風(fēng)速和顆粒粒徑與顆粒去除率的關(guān)系,探討ESP電源參數(shù)的設(shè)定原則[11-12].

然而上述關(guān)于雙區(qū)ESP的研究均停留在實驗現(xiàn)象層面,僅關(guān)注實驗條件與顆粒去除效率的關(guān)系,缺乏對于雙區(qū)ESP內(nèi)部顆粒運動過程的認(rèn)識.雙區(qū)靜電除塵的實際物理過程非常復(fù)雜,內(nèi)部電場、流場和顆粒物相互耦合,一種物理量的改變會引起其他物理量的變化,因此改變單一實驗條件以觀察顆粒去除率增減的做法很難反映現(xiàn)象背后的原理和邏輯.應(yīng)當(dāng)對雙區(qū)靜電除塵過程建立完備的數(shù)學(xué)模型,研究內(nèi)部的顆粒運動過程,對顆粒荷電特性進(jìn)行定量分析,才能深入認(rèn)識這一物理過程及指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計.