摘 要

线-网式电极装置在施加高电压时会发生电晕放电，生成离子风。离子风本质是带电的高速离子流，其速度快和可荷电吸附粒子的特性让其有应用于除雾的可能。本文以机场除雾为出发点，先建立离子风的数学模型，在理论上研究线-网式电极装置中离子风风速的影响因素。再通过COMSOL软件进行仿真实验，研究电压极性、施加电压强度、异电极间距、线电极数目、线电极间距与网电极间距对离子风强度的影响，线电极表面处的仿真电场强度符合Peek经验公式。仿真结果表明：电压强度越大、异电极间距越近、线电极数目越多且间距越小，离子风风速越大；而电压极性与网电极间距对离子风风速的影响则十分微弱。本论文的研究结果可以应用于指导高效除雾装置的设计。

关键词：线-网式电极装置；离子风；COMSOL仿真

ABSTRACT

When a high voltage is applied to the wire-mesh electrode device, a corona discharge occurs and ion wind is generated. The ion wind is essentially a charged high-speed ion current, and its fast speed and the characteristics of chargeable adsorption particles make it possible to apply it to mist removal. In this paper, the airport demisting is taken as the starting point. The mathematical model of the ion wind is first established to theoretically study the influencing factors of the ion wind speed in the line-mesh electrode device. The COMSOL software was used to conduct simulation experiments to study the effects of voltage polarity, applied voltage intensity, different electrode spacing, number of wire electrodes, wire electrode spacing and mesh electrode spacing on ion wind strength. The simulated electric field strength at the wire electrode surface conforms to the Peek experience formula. The simulation results show that the greater the voltage intensity, the closer the distance between the different electrodes, the greater the number of wire electrodes and the smaller the distance, the greater the ion wind speed; and the influence of voltage polarity and grid electrode spacing on the ion wind speed is very weak. The results of this paper can be used to guide the design of high-efficiency defogging devices.

Key words: Wire-mesh electrode device; ion wind; COMSOL simulation

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2研究现状分析 1

1.2.1离子风研究的发展历史 1

1.2.2离子风产生的基本理论 2

1.2.3离子风生成装置的选择比较 3

1.2.4离子风的研究成果及应用前景 5

1.3本文主要工作 6

第2章 离子风数学模型 8

2.1离子风风速理论推导 8

2.2本章小结 9

第3章 仿真模型搭建 10

3.1几何模型 10

3.2数值模型 11

3.2.1构建静电场 11

3.2.2构建稀物质传递 12

3.2.3构建层流 12

3.3仿真流程 12

3.4本章小结 14

第4章 仿真结果与分析讨论 15

4.1电压极性变化 15

4.1.1仿真结果 15

4.1.2结果分析 15

4.2施加电压强度变化 16

4.2.1仿真结果 16

4.2.2结果分析 18

4.3线网电极间距变化 18

4.3.1仿真结果 18

4.3.2结果分析 20

4.4线电极的数目变化 20

4.4.1仿真结果 20

4.4.2结果分析 22

4.5线电极之间的间距变化 22

4.5.1仿真结果 22

4.5.2结果分析 23

4.6网电极之间的间距变化 24

4.6.1仿真结果 24

4.6.2结果分析 25

4.7本章小结 26

第5章 结论 27

5.1总结 27

5.2研究展望 27

参考文献 29

致谢 31

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

在自然界中，当空气流动较弱且湿度达到100%时，就产生了雾。雾使得空气的能见度降低，对各种交通出行和生产活动都会造成不利影响。目前从经济效益和实际情况来看，最应当除雾的地方为机场、港口和高速公路这些需要良好视野的地方。目前已有的用于人工除雾的主流方法为播撒催化剂和扰动雾区空气。播撒催化剂的方式分为两种：一种是形成多个凝结核，让雾滴凝结沉降；另一种是夺取雾滴中的水分，让雾消失。扰动雾区空气的方式为用鼓风机或者其他设备，将地面上的雾区和雾区上方的干燥空气进行混合，让雾滴蒸发消失。这两种方法对于常见的小范围雾有一定的去除效果，但是对有着大范围的平流雾场合，去除效果不佳，且除雾成本也偏高。双电极装置在电晕放电的过程中产生等离子体流，他们在电场中运动形成离子风，离子风的高速度以及其气流中带有正负电荷的特性，使得其有应用于机场、港口和高速公路进行一定范围内人工除雾的可能。

几个世纪前，科学家做高压气体放电实验时，首次观测到离子风（electrohydrodynamic，EHD）。作为高压放电的固有副产物，离子风产生的原理很简单：在不均匀的电场中，将高电压施加于双电极中相对曲率半径较小的电极后，电极会产生离子雪崩，引发高速的离子射流运动，离子在电场中运动并碰撞中性空气分子，向他们传递动量，作用在离子上的库仑力变成了作用在气体分子上的电体力，引起了气流的流动，产生离子风即EHD流。

双电极装置通过电晕放电可以产生垂直于集电极表面的离子风，当其工作时，可通过两种方式有效降低机场的雾气浓度。其一是等离子体流将雾滴荷电，然后带电雾滴在电场之间相互碰撞，聚集为大雾滴沉降；小雾滴则在静电力的作用下被集电极捕集。其二是利用离子风的高速度构造一堵“风墙”，当将双电极装置连续放置在整个机场附近，那么相当于建造了一道“除雾墙”，这堵墙可以源源不断地将机场外面的雾滴给阻拦并过滤掉。与现在已有的除雾方法，离子风除雾在理论上提供了一种高效、稳定、持久的除雾可能。