带正电颗粒电凝并的显微可视化研究

沙东辉,骆仲泱,鲁梦诗,江建平,方梦祥,周 栋,陈 浩

(浙江大学 能源工程学院,浙江 杭州 310027)



带正电颗粒电凝并的显微可视化研究

沙东辉,骆仲泱,鲁梦诗,江建平,方梦祥,周 栋,陈 浩

(浙江大学 能源工程学院,浙江 杭州 310027)

利用高速摄像结合显微可视化技术,在一个截面积为10 mm×25 mm的矩形流道中,对以焚香颗粒为代表的细颗粒物相对于玻璃大颗粒的运动特性进行实验研究.通过实验发现,在正直流电场中,玻璃大颗粒和细颗粒物都被荷上了正电荷；当玻璃大颗粒和细颗粒物均不荷电时,细颗粒物相对于玻璃大颗粒主要发生圆球绕流行为；当玻璃大颗粒被荷上正电后,未荷电或荷电量较少的细颗粒物在运动到离玻璃大颗粒较近处,细颗粒物被玻璃大颗粒吸引并发生凝并,荷电量较多的细颗粒物被排斥；通过测量细颗粒物的速度可以发现：细颗粒物在接近玻璃大颗粒的过程中速度先减小,被吸引后速度快速增加.

细颗粒物；高速摄像；显微可视化；凝并；正电荷

目前,大气污染已经严重影响我国人民的生活,作为大气污染最主要污染物的细颗粒物有较大的比表面积,易成为其他污染物的运载体和反应体,通常富集了大量的重金属元素、二恶英和持久性有机污染物等,并且细颗粒物大气中的停留时间远远大于大颗粒[1].细颗粒物污染不仅会严重影响大气能见度和全球气候变化,而且会引起人体呼吸道疾病,增加心血管疾病和肺癌的发病率[2-5].关于细颗粒物控制的研究已成为国际的研究热点[6].

在电除尘领域,通过凝并的方式增大细颗粒物的空气动力学直径,再通过常规除尘技术进行脱除的细颗粒物控制技术较受关注,许多研究机构都对电凝并[7-9]、声凝并[10-12]、化学团聚[13]、相变凝结[14]等技术进行了一定的研究.许多研究都是以脱除效率来表征凝并效果,且许多凝并机理和模型的提出都是建立在理论推导和数值模拟的基础上,没有经过实验的验证[15].因此,在实验上直观地研究细颗粒物的凝并十分有必要.

在可视化研究方面,针对μm量级的颗粒的观测实验较少,就已查到的文献中,赵海亮等[16-18]开发了两相显微PIV/PTV系统,用微观可视化方法对亚微米颗粒的相互作用进行观测,发现亚微米颗粒间存在“吸引—旋绕一排斥”形态的相互作用；姚刚[19]采用高速显微摄像技术,成功地拍摄到了声波场中细颗粒夹带和迁移的运动过程,在微观尺度上通过实验验证了颗粒夹带迁移理论的正确性；Xu等[20]利用显微可视化技术,研究细颗粒在层流流场中经过三角柱的绕流行为.以上实验利用可视化技术对细颗粒物进行了一定的研究,但是对于颗粒间凝并的可视化研究目前尚未见到相关研究的报道.

本文利用高速摄像结合显微可视化技术,对矩形流道中不荷电颗粒间的运动特性、荷电颗粒与不荷电颗粒间的运动特性、带同种电荷的颗粒间的运动特性进行可视化研究,为细颗粒物的凝并机理研究提供了直观的方法.

1 实验系统

1-标准空气；2-玻璃转子流量计；3-缓冲罐；4-气溶胶流道； 5-LED光源；6-物镜；7-连续变焦镜头；8-高速摄像机；9-计算机；10-正直流电源；11-负直流电源；12-ELPI图1 细颗粒物显微可视化观测系统图Fig.1 Schematic diagram of microscopic visualization to fine particles

实验系统如图1所示,整个实验系统由气溶胶发生系统、气溶胶流道、显微可视化系统3部分组成.气溶胶发生系统主要由标准空气、量程为25～250 mL/min的气体流量计、缓冲罐组成.标准空气通过气体流量计控制流量后,进入缓冲罐中与焚香颗粒混合充分,并由空气携带进入气溶胶流道.气溶胶流道模型是整体由特氟龙制成的矩形流道,流道内部尺寸为250 mm×25 mm×10 mm,在离流道进口50 mm处水平插入一根直径为1 mm的不锈钢材质针电极,以针电极为对称中心,流道上、下两面内嵌了接地的钢极板；当针电极被加上一定强度电压时,发生电晕放电,对流道中的颗粒物进行荷电,在离流道进口70 mm处开有前、后对称的2个石英玻璃观察窗口,石英玻璃片尺寸为45 mm×25 mm×1 mm；同时,上、下两面内嵌了钢极板,下极板接地.显微可视化系统通过该窗口观察颗粒物的运动特性；该系统由发光二极管(LED)光源、显微镜物镜、连续变焦镜头和高速摄像机组成.当LED光源照亮整个窗口内的流场时,流场中细颗粒物的运动过程通过物镜和连续变焦镜头的放大,被高速摄像机以一定的拍摄速度记录并存储,经相关软件分析处理后可以得到粒径、速度、运动轨迹等数据；系统中LED光源采用最大光通量为2 500流明的LED白光灯,物镜是放大倍数为20倍的尼康物镜,连续变焦镜头放大倍率可以在0.58～7倍之间连续可调,高速摄像机部分主要包括从美国Redlake公司引进的HG-100K型高速数字摄像机及配套的“Motion Central”控制和图象采集软件,最高拍摄频率可达100 千帧/s,最短曝光时间仅为5 μs.

2 实验结果与讨论

2.1 细颗粒物的粒径分布和荷电量

图2 焚香颗粒粒径分布Fig.2 Size distribution of incense particles

使用静电低压冲击器(ELPI)来测量焚香颗粒的粒径分布,该仪器能够实时、在线地测量颗粒粒径分布及荷电量,对颗粒粒径的测量范围为30 nm～10 μm,增加扩展级后测量下限达到7 nm.在图1所示的气溶胶系统中更换量程更大的流量计,调节空气体积流量为10 L/min,标准空气与焚香颗粒混合后通过气溶胶流道,在流道出口将所有含尘气体引入ELPI,打开ELPI的荷电器来测量焚香颗粒的粒径分布.如图2所示为通过ELPI测量得到的焚香颗粒的粒径dp分布.图中，n为分子数密度.可见,焚香颗粒中0.5 μm以下的颗粒数目占绝大多数.

在显微光学摄像系统中能够清晰成像的颗粒尺寸一般在2 μm以上(几何尺寸),几何尺寸小于2 μm的颗粒只能在图像中形成一个模糊的像斑,不能清晰地辨别其准确尺寸[21-22].从实验情况来看,如图3所示为通过显微可视化系统测量得到的焚香粒径范围.图中，t为高速摄像机拍摄流场的时间.可见,本实验所得图像中能够分辨并测量的几何尺寸在1 μm以上,1 μm以下的颗粒无法清晰成像和跟踪捕捉,因此,本实验的研究对象是焚香颗粒中粒径为1.0～2.5 μm的颗粒,符合细颗粒物对粒径的要求.

图3 显微可视化系统追踪得到颗粒粒径范围Fig.3 Size range of particles tracked by microscopic visualization system

在荷电量测量方面,对线电极施加0～7 kV正直流电压,调节标准空气的流量为10 L/min,流道出口全部含尘气体均进入ELPI(关闭荷电器)对细颗粒物的荷电量Q进行测量,结果如图4所示.对于实验可观察到的2个粒径段的细颗粒物,平均荷电量随着正直流电压的增加而增加；当电压低于2 kV时,正直流电场对细颗粒物几乎无荷电作用,电压在3 kV左右时细颗粒物开始被荷上正电荷.

2.2 带电玻璃大颗粒电性测量和带电量计算

图4 细颗粒物在线板式电场中的荷电量Fig.4 Charge of fine particles in line-plate electric field

图5 玻璃大颗粒荷电电性测量实验原理图Fig.5 Experimental schematic of measuring electrical property of large glass particle

如图5所示,首先将一颗直径为80 μm的玻璃大颗粒固定在流道中,该颗粒离电晕针的水平距离为40 mm,通过光学石英玻璃观察窗口可以清晰地看到该颗粒；然后对针电极施加10 kV正直流电压(电流为5 μA),并在流道中通入250 mL/min(平均气流速度为16.7 mm/s)的标准空气.当针电极发生电晕放电时,由光辐射产生的电子在电晕层中引发雪崩放电,产生大量的激发和电离,最后电子被针电极收集[23],空间中存在大量的正离子,一部分被板电极收集,另一部分正离子在气流的携带下经过玻璃大颗粒所在位置时,一部分正离子会通过碰撞荷电使玻璃大颗粒带上正电,为了确保玻璃大颗粒荷上足够多的正电荷,保持针电极放电时间持续20 min.

对玻璃大颗粒荷完电后,关闭加在线电极上的电源电压,对玻璃大颗粒所在区域的上极板施加正电压,下极板接地,构成一个平板电场,正直流电压从0～6 kV连续增加.观察玻璃大颗粒在平板电场中的运动、可视化系统方面,调节连续变焦镜头的放大倍数为7×0.67倍,高速摄像机拍摄时曝光时间为20 μs,分辨率为1 024×768,帧频为60帧/s,选取电压分别为0、2、6 kV时玻璃大颗粒所在的位置,如图6所示.从图6可知,正直流电压越大,玻璃大颗粒的位置越低,即随着正电压的增加,玻璃大颗粒受到的排斥力越大,可以判定玻璃大颗粒被荷上了正电.

图6 玻璃大颗粒在平板电场中的移动Fig.6 Movement of large glass particle in flat electric field

对于玻璃大颗粒的带电量,实验中对玻璃大颗粒的荷电时间达到20 min,远远超过了理论饱和荷电时间,因此假设玻璃大颗粒在线板式电场中被饱和荷电.荷电量q1的计算公式[24]为

(1)

式中：ε0为真空介电常数,取8.85×10-12C/(V·m)；εr为颗粒的相对介电常数,取为5；dp为颗粒的平均粒径,取80 μm；Eh为颗粒所在处的场强；k为波尔茨曼常数,取1.38×10-23J/K；T为实际绝对温度,取293 K；N0为未受干扰处离子密度；t′为荷电时间,取20 min.

根据向晓东等[25]的研究可知,单根放电针的线板式电场如图5所示,沿X轴方向的电场强度符合高斯分布：

(2)

由高斯定理可得

A=πaE0.

(3)

式中：E0为电晕区边缘的空气击穿场强,由peek公式可得

(4)

a为电晕区半径,可以根据Cobine公式[26]给出：

(5)

其中,f为电晕线表面粗糙度,取0.6；T0分别为标态下的绝对温度；p0、p分别为标态下气压和实际气压；r0为电晕针半径,取0.5 mm.

对于方差σ,需要知道X=0处场强随Y的变化,因在Y方向线板式电场与线管式电场分布规律相似,借鉴线管式电场中场强的精确解[27-28]：

(6)

式中：i为电流线密度；k0为离子迁移率, 取9.8×10-5m2/(V·s).

根据式(6),可得线板式电场在Y轴上的场强公式：

(7)

式中：ξ为比例系数.

收尘极板表面场强[24]可以近似为

(8)

式中：b为线板间距,取1.25 cm.

将式(8)代入式(7),可得

(9)

将式(9)、(3)代入式(2),可得

(10)

根据式(1)～(10),可得玻璃大颗粒的带电量.

2.3 细颗粒物在荷电玻璃大颗粒附近的运动

图7 细颗粒物在玻璃大颗粒附近的运动示意图Fig.7 Schematic diagram of fine particles’ motion around large glass ball

图8 细颗粒物相对玻璃大颗粒的运动轨迹Fig.8 Trajectory of fine particles around large glass particle

如图7所示,在流道中固定一颗事先已经荷电的玻璃大颗粒,该颗粒的直径是80 μm,细颗粒物随空气流进入流道,空气体积流量为150 mL/min,气流方向沿X轴正方向,通过调节针电极的正直流电压来改变细颗粒物的带电量.为了清晰地观察和记录细颗粒物在玻璃大颗粒周围的运动特性,调节连续变焦镜头和尼康物镜的综合放大倍率为40倍,高速摄像机的工作帧频为2 000帧/s,曝光时间为100 μs,分辨率为1 024×768.如图8所示为对细颗粒物运动图像进行处理后得到的细颗粒物在不同正电压下的运动轨迹,其中如图8(a)所示为玻璃大颗粒和细颗粒物均未荷电,图8(b)～8(d)中玻璃大颗粒实验前在气速为16.7 mm/s、10 kV正直流电场中放置20 min,确保被荷上足够数量的正电荷.实验结果如图8(a)～8(d)所示.根据图8(a)可知,未经荷电的细颗粒物与玻璃大颗粒之间主要发生绕流现象,没有观察到吸引和凝并过程；当玻璃大颗粒被荷电时,如图8(b)所示,细颗粒物运动到离玻璃大颗粒30 μm以内时运动方向发生改变,朝玻璃大颗粒表面运动,运动轨迹终止于玻璃大颗粒表面.对线电极施加3.5 kV正直流电压使线电极开始电晕放电,细颗粒物的平均荷电量为79个元电荷,此时,细颗粒物运动到离玻璃大颗粒表面十几微米范围内才开始改变运动方向朝玻璃大颗粒表面运动,运动轨迹终止于玻璃大颗粒表面且无反弹的轨迹,如图8(c)所示；继续增加施加在线电极上的正直流电压到5 kV,电晕放电加剧,细颗粒物平均荷电量增加到131个元电荷,此时,细颗粒物不但没有朝玻璃大颗粒表面运动,而且在离玻璃大颗粒60 μm以上的距离时开始朝远离玻璃大颗粒表面的方向运动.

图9 被追踪的部分细颗粒物的运动轨迹Fig.9 Trajectory of fine particles around large glass particle which were tracked

图10 细颗粒物的速度Fig.10 Velocity of fine particles

为了更好地理解细颗粒物在视场范围内的运动情况和与玻璃大颗粒之间的作用,利用专业图像处理软件追踪了在视场范围内成像较好的细颗粒物,如图9所示.通过计算给出部分细颗粒物在运动过程中的速度U,如图10所示.从图10(a)可知,运动轨迹离玻璃大颗粒较近的细颗粒物的速度在接近玻璃大颗粒时明显降低,而离玻璃大颗粒较远的细颗粒物的速度没有明显变化,速度平均值约为10 mm/s,与气流平均速度接近,这非常符合两相流发生绕流时的流场.根据图10(b)、(c)可知,朝玻璃大颗粒表面运动的细颗粒物在接近玻璃大颗粒的过程中速度先减小,然后快速增加,而未被玻璃大颗粒吸引的细颗粒物没有表现出速度快速增加的现象,可见,有一种吸引力对玻璃大颗粒附近的细颗粒物起主导作用,使其速度快速增加并被玻璃大颗粒吸引.如图10(d)所示为对正直流电压为5 kV时部分细颗粒物运动速度的追踪,远离玻璃大颗粒运动的细颗粒物的速度先减小,之后缓慢增加.可见,细颗粒物的运动特性受到了以排斥力为主的作用力影响.为了深入研究本实验观测到的现象,分析细颗粒物在流场中和电场中的受力情况.

2.4 细颗粒物受力分析

细颗粒物跟随气流以较低速度进入流道后,在不考虑外场作用的情况下,根据流体力学理论可知,细颗粒物主要受到流体曳力的作用.表达式如下：

(11)

式中：ρP为细颗粒物的密度.当玻璃大颗粒在实验前被荷上了正电,且电晕针发生电晕放电后,细颗粒物被荷上正电,将受到由玻璃大颗粒的电场产生的电场力：

Fq=Eq2.

(12)

式中：q2为细颗粒物的平均荷电量；E为玻璃大颗粒所带电荷产生的电场强度,

E=-▽V.

(13)

根据镜像法[29]可以得出

(14)

当电晕针被施加正直流电压后,带电细颗粒物在流场中运动时将受到正直流电场对细颗粒物作用的电场力.

(15)

根据以上的受力分析可知,对于与玻璃大颗粒带异种电荷的细颗粒物,在电场力Fq的作用下细颗粒物被玻璃大颗粒吸引可以得到很好的解释,但是对于与玻璃大颗粒带同种电荷的细颗粒物和不带电的细颗粒物仍能被玻璃大颗粒吸引的现象,以上两个电场力无法解释.可见,在增加电场后存在一种玻璃大颗粒与细颗粒物之间的作用力,且该作用力与细颗粒物带电量无直接关系.

在经典电磁学理论中,在没有外场作用下介质内部一般不会出现宏观的电荷分布,当介质中的带电粒子受到电场作用时,正、负电荷会发生相对位移,从而产生束缚电荷,该现象称为介质的极化[29].细颗粒物在玻璃大颗粒产生的不均匀电场中运动时会被极化,极化后的细颗粒物会受到介电泳力的作用,本文认为介电泳力导致了细颗粒物被玻璃大颗粒吸引.介电泳力的表达式[30]如下：

Fl=(m*▽)E.

(16)

(17)

式中：m为偶极矩,E为电场强度.

由于玻璃大颗粒和细颗粒物带同种电荷,Fq是排斥力,Fl是吸引力.细颗粒物与玻璃大颗粒之间的吸引和排斥现象主要受到Fq、Fl、FD等的综合作用.

鉴于该实验观察到的细颗粒物的平均粒径为1.0～2.5 μm,图11以平均粒径为1.23 μm的细颗粒物为代表,采用流动和电场平均参数对加入电场后产生的3个力进行量级分析.图中，s为颗粒间距.

图11 不同电压下细颗粒物所受电场力、电场力Fq、介电泳力随颗粒间距的变化Fig.11 Changes of electric force, Coulomb force, polarization gradient force with changes of distance between fine particle and large glass particle under different voltage

3 结 论

(1)在正直流电场中,玻璃大颗粒和细颗粒物都被荷上了正电荷.

(2)当玻璃大颗粒和细颗粒物均不荷电时,细颗粒物相对于玻璃大颗粒主要作圆球绕流,未发现有吸引凝并现象.

(3)当玻璃大颗粒被荷上正电荷后,未荷电的细颗粒物在运动到离玻璃大颗粒附近时会被玻璃大颗粒产生的电场极化.因极化而产生的介电泳力是吸引力,在介电泳力作用下细颗粒物被玻璃大颗粒吸引并发生凝并.

(4)当玻璃大颗粒被荷上正电荷后,带电的细颗粒物在运动到离玻璃大颗粒足够近距离时,以介电泳力为代表的吸引力将大于以电场力Fq为代表的排斥力,从而使细颗粒物被玻璃大颗粒吸引并凝并,但同极性带电体间的电场力是排斥力,减弱了玻璃大颗粒和细颗粒物之间的吸引凝并效果.

(5)通过测量细颗粒物的速度可以发现,细颗粒物被玻璃大颗粒吸引后,速度快速增加,这证明了细颗粒物被玻璃大颗粒吸引且凝并.

(6)当细颗粒物带较多电量时,Fq的增加会增强排斥效果,从而使细颗粒物相对于玻璃大颗粒发生排斥现象.

[1] 杨复沫,马永亮,贺克斌. 细微大气颗粒物PM2.5及其研究概况[J]. 世界环境,2000(4): 32-34． YANG Fu-mo, MA Yong-liang, HE Ke-bin. A brief introduction to PM2.5 and related research [J]. World Environment, 2000 (4): 32-34．

[2] FERNANDEZ A, DAVIS S B, WENDT J O L, et al. Public health: particulate emission from biomass combustion [J]. Nature, 2001, 409(6823): 998．

[3] HOUGHTON J T, DING Y, GRIGGS D J, et al. Climate change 2001:the scientific basis [M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2001: 289-348．

[4] 徐荣佳. 空气颗粒物污染对健康的危害和预防[J]. 解放军预防医学杂志, 2005,23(4):305-307． XU Rong-jia. Particulate matter pollution on health hazard- sand prevention [J].Journal of Preventive Medicine of Chinese PLA, 2005, 23(4): 305-307．

[5] 张秀清. 空气中颗粒物的危害及其防治[J].山西气象, 2007(3):27-28． ZHANG Xiu-qing. Hazard and prevention of airborne particu- late matters [J]. Shanxi Meteorological Quarterly, 2007 (3): 27-28．

[6] YAO Q, LI S Q, XU H W, et al. Studies on formation and control of combustion particulate matter in China: a review [J]. Energy, 2009, 34(9): 1296-1309．

[7] 赵爽, 骆仲泱, 王鹏, 等. 燃煤锅炉烟气中小颗粒的电凝并脱除[J]. 能源工程,2006(3):34-36． ZHAO Shuang, LUO Zhong-yang, WANG Peng, et al. Removal of fine particles of flue gas by electric agglomeration [J]. Energy Engineering, 2006(3): 34-36．

[8] 徐飞. 脉冲放电电凝并结合碱液吸收烟气多种污染物协同脱除研究[D]. 杭州：浙江大学, 2009． XU Fei. Research on flue gas multi-pollutants control enhanced by pulsed corona discharge electrostatic agglomeration combined with lye absorption [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2009．

[9] JI Jun-ho, HWANG Jung-ho, BAE Gwi-nam. Particle charging and agglomeration in DC and AC electric fields [J]. Journal of Electrostatics, 2004, 61(1): 57-68．

[10] GALLEGO J A, RIERA E, RODRIGUEZ G, et al. Application of acoustic agglomeration to reduce fine particle emissions from coal combustion plants [J]. Environmental Science and Technology, 1999, 33(21): 3843-3849．

[11] RIERA E, GALLEGO J A. RODRIGUEZ G, et al. Acoustic agglomeration of submicron particles in diesel exhausts: first results of the influence of humidity at two acoustic frequencies [J]. Journal of aerosol Science, 2000(31): 5827-5828．

[12] CAPERAN P H, SOMERS J, RICHTER K, et al. Acoustic agglomeration of a glycol fog aerosol: influence of particle concentration and intensity of the sound field at two frequencies [J]. Journal of Aerosol Seience, 1995, 26(4): 595-612．

[13] 赵汶, 刘勇, 鲍静静, 等. 化学团聚促进燃煤细颗粒物脱除的实验研究[J]. 中国电机工程学报, 2013, 33(20): 52-58. ZHAO Wen, LIU Yong, BAO Jing-jing, et al. Experimental research on fine particles removal from flue gas by chemical agglomeration [J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 33(20): 52-58．

[14] YAN Jin-pei, YANG Lin-jun, ZHANG Xia. Experimental study on removal of ultrafine particles from coal combustion using condensation wet scrubber [J] . Proceedings of the CSEE, 2008, 28( 23 ): 8-13．

[15 ] 杨林军,颜金培,沈湘林.蒸汽相变促进燃烧源 PM2.5 凝并长大的研究现状及展望[J].现代化工,2005, 25(11):22-26． YANG Lin-jun, YAN Jin-pei, SHEN Xiang-lin. Prospect and advances in growth of PM2.5 from combustion by vapor condensation [J]. Modern Chemical Industry, 2005, 25(11): 22-26．

[16] 赵海亮, 由长福, 黄斌, 等. 亚微米燃烧源颗粒物间的相互作用研究[J]. 工程热物理学报, 2007,27(6): 1063-1065． ZHAO Hai-liang, YOU Chang-fu, HUANG Bin, et al. The interactions between submicron combustion particles [J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2007, 27(6): 1063-1065．

[17] 赵海亮, 由长福, 祁海鹰, 等. 细颗粒间相互作用力的研究[J]. 工程热物理学报, 2008(01): 78-80． ZHAO Hai-liang, YOU Chang-fu, QI Hai-ying, et al. Mechanism of interactions between fine particles [J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2008(01): 78-80．

[18] 赵海亮, 由长福, 祁海鹰, 等. 两相流显微PIV/PTV系统的开发[J]. 实验力学, 2006, 20(4): 595-600． ZHAO Hai-liang, YOU Chang-fu, QI Hai-ying, et al. Development of the microscopic PIV/PTV system [J].Journal of Experimental Mechanics, 2006, 20(4): 595-600．

[19] 姚刚. 燃煤可吸入颗粒物声波团聚[D]. 南京：东南大学, 2006． YAO Gang. Acoustic agglomeration of coal combustion inhalable particles [D]. Nanjing: Southeast University, 2006．

[20] XU Ji-yun, ZHANG Jian, WANG Hao. Fine particle behavior in the air flow past a triangular cylinder [J]. Aerosol Science and Technology, 2013, 47(8): 875-884．

[21] HE Zhen-jiang. Researching on sensitivity threshold and parameters optimization of measurement [C]∥Proceedings of 1st International Symposium of Test and Measurement. Taiyuan: [s. n.], 1995: 10-14．

[22] 郭永彩, 高潮. 超细颗粒测试技术[J]. 重庆职业技术学院学报, 2004, 13(1): 1-4． GUO Yong-cai, GAO Chao. Submicron particles size measurement techniques [J]. Journal of Chongqing Vocational and Technical Institute, 2004, 13(1): 1-4．

[23] 彭增伟. 高压静电除尘器电晕放电特性研究[D]. 保定：河北大学, 2005． PENG Zeng-wei. Study on corona discharge character of high-voltage electrostatic precipitator [D]. Baoding: Hebei University, 2005．

[24] 解广润.高压静电除尘[M].北京: 水利电力出版社, 1993.

[25] 向晓东,邹霖,黄莺,等. 线-板式电除尘器场强正态分布模式假设及其检验[J]. 武汉科技大学学报：自然科学版, 2006, 29(4): 356-358． XIANG Xiao-dong, ZHOU Lin, HUANG Ying, et al. Assumption and verification of normal distribution model of electric field in wire-plate ESP [J]. Journal of Wuhan University of Science and Technology, 2006, 29(4):356-358．

[26] WHITE H J. Industrial electrostatic precipitation [M]. Massachusetts: Wesley, 1963: 319-323．

[27] 向晓东. 现代除尘理论与技术[M]. 北京：冶金工业出版社, 2002: 187-190.

[28] 檀景辉. 基于脉冲正电晕放电离子源的离子迁移谱仪研究[D]. 天津：天津大学, 2010． TAN Jing-hui. Research of ion mobility spectrometer based on positive pulse corona discharge ion source [D]. Tianjin: Tianjin University, 2010．

[29] 郭硕鸿.电动力学[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社, 2008: 53-54．

[30] 冯国敬. 介电泳驱动球形粒子的运动速度及其影响因素研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2012．

Electrostatic agglomeration of positively charged particles observed by microscopic visualization system

SHA Dong-hui, LUO Zhong-yang, LU Meng-shi, JIANG Jian-ping, FANG Meng-xiang, ZHOU Dong, CHEN Hao

(CollegeofEnergyEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)

A technique composed of high-speed digital video and microscopic visualization was applied to experimentally analyze motion characteristic between fine incense particles and large glass particle in a rectangular flow channel. The channel’s cross-sectional area was 10 mm×25 mm. Results show that fine particles and the large glass particle are all positively charged in a positive DC electric field. Fine particles flow over the large glass particle when both of them are uncharged. After the large glass particle is positively charged, fine particles will be attracted and agglomerated by the large glass particle when less charged or uncharged fine particles move enough close to the large glass particle. If the charge of fine particles is more, fine particles will be rejected. The velocities of fine particles were measured. The velocities of fine particles decrease when they are closing to the large glass particle, and rapidly increase after they begin to be attracted．

fine particle; high-speed digital video; microscopic visualization; agglomeration; positive charge

2014-09-10. 浙江大学学报(工学版)网址： www.journals.zju.edu.cn/eng

国家“973”重点基础研究发展规划资助项目(2013CB228500).

沙东辉(1990-)，男，硕士生，从事PM2.5控制的研究.ORCID:0000-0003-0175-603X.E-mail：shadonghui@zju.edu.cn 通信联系人：骆仲泱，男，教授.ORCID:0000-0001-8764-2986.E-mail：zyluo@zju.edu.cn

10.3785/j.issn.1008-973X.2016.01.014

TB 89;O 359

A

1008-973X(2016)01-0093-09