离子风空气加速器性能提升研究

发布时间：2018-12-11 09:06

【摘要】：与传统的旋转式风扇风机相比,电晕放电离子送风系统具有低噪声、无电机、无风叶、无机械磨损、部件结构简单等优点,可以实现气流输运、静电除尘、换热传热等方面的应用。利用离子风空气加速器进行大风速、大流量的气流输运是离子风技术发展的一个重要方向,但是当前的送风系统普遍存在流量小、风速小、电动转化效率低的问题,这将限制离子送风系统在气流输运当中的应用,因此提高离子送风系统的性能具有重要的研究意义。首先、从机理上认识了电晕放电和离子风效应,分析了电晕放电的物理过程和离子风效应的形成机理,确认了引起离子风效应的主要带电粒子。同时通过实验分析了电晕放电的能量转化机制,结果表明电晕放电大部分的能量都转化成了热能,所以对于离子风而言,电晕放电的电动转化效率非常低。最后分析了不同电极结构电晕放电不同过程的能量转化和影响离子风效应的因素,提出了提升离子风效应的方法。第二、基于提高电离率和极间电场的思想分析了电晕放电极间电场的作用,提出了优化激励电场和加速电场从而提高离子风效应的方法。设计了改进的放电结构,采用筒状电极作为放电极来提高通道中的电离率,采用附加环电极的方式来均化极间电场。结果发现利用筒-网电极结构能够实现离子风的流量、动能、能量转化效率等性能的提升,采用附加环电极能够减小放电电流,有效提高离子风的电动转化效率。然后基于激励电场和加速电场的耦合优化采用筒-环-网电极结构进行了实验研究,结果发现筒-环-网电极结构产生的离子风效应强于筒-网电极,但在电动转化效率和单位功率流量参数上低于针-环-网电极结构。最后将各个电极结构的离子风效应进行了对比,并分析了环形电极对电晕放电和离子风效应的影响原理。第三,采用多级结构进行持续送风是实现大面积大流量离子送风的重要手段。本章采用流场优化的思路首先分析了单级结构多电极之间的相互影响,提出了较优的多电极布置方案,然后从电场加速和流场叠加的视角出发对比分析了串并联多级结构的性能,确定了多级结构方案并基于这种并联方案分析了针-环-网和筒-环-网基元多级结构的离子风性能,最后进行了多级结构流场匹配优化的研究,给出了较为合理的多级结构电极布置方案。第四,探索了外加磁场对电晕放电离子风效应的影响,从无外功耗强磁场作用来提升离子风效应的思想出发,分析了带电粒子在电磁场作用下的运动过程并测量了强磁场作用下放电电流和离子风的变化,验证了利用磁场实现无外功耗提升离子风效应的可行性。通过实验研究了针-网电极结构离子风效应在与放电方向垂直的磁场激励下的影响,测量了磁场作用下的负电晕放电的放电特性和离子风速,结果表明磁场对负电晕离子风效应存在较大的影响,最后对比分析了正负电晕离子风效应在磁场中的表现,发现磁场对正电晕的影响较小,相同测量位置正电晕的风速变化率小于负电晕的风速变化率。综合磁场实验所有结果发现,磁场激励提升电晕放电离子风效应的方法是可行的。
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【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH43

【参考文献】