2015年8月 电力科技与环保 第31卷第4期 表1控制方程组 输运方程 变量Φ 对流项 扩散系数r 源项S 连续方程 动量方程 H=μ+ +S8. F +F X-动量 中 GK 耗散率 (CI Gr-C2ps)+S P 电磁感应方程 x-分量 Y一分量 ey 2.(E.a+zn) 处理颗粒问题,可以运用离散相模型,该模型要 求离散相体积分数小于20%,即稀疏气固两相流。 可以通过对拉格朗日坐标下颗粒作用力微分方程进 行积分来求解离散相颗粒的轨迹。离散相颗粒的作 用力平衡方程为 m2=F(n-n)+P2-)+F L-x, 式中:F为流场力内作用在颗粒上的加速度,在 CFD软件中可以用体积力的方式体现。作用在颗 图1模型结构示意 粒上的力有重力、热泳力、布朗力、曳力电场力等,3计算结果及分析 这里只考虑影响最大的电场力和流体曳力作用。 通过模拟得到了不考虑空间电荷效应和考虑空 2物理模型及边界条件 间电荷效应两种情况下的电位分布,电压分别取 本文选取一简化物理模型,研究放电极电场特30kV和50kV,结果如图2和图3所示。从图2可 性模型如图1所示,x方向长度0.4m,y宽度方向知,电场通道内的高位场强区只是在放点极周围很 长度0.3m,内部放点极用半径5mm圆代替。网格小一部分其余大部分都处于低位电场区域。从图 采用结构化网格划分,圆附近局部加密,总网格数量3可知,由于空间存在荷电粉尘粉尘迁移率小于离 约25000个。人口边界条件如表2所示。 子迁移率,使得空间电荷密度增大,电场分布不均 表2边界条件 匀,使得整个电场区域的高位电场区扩大,说明在数 值计算中应该考虑空间电荷效应。 计算边界 颗粒相 在50kV的电压放电条件下,粒径分别取1 速度入口,1m/s 10-m、1×10-m、1×10-3m,计算结果如图4所示。 逃逸 随着颗粒粉尘粒径的增大,粉尘向收尘极驱进的程 放电极 50kV, 30k\ 反射 度明显增强,主要是由于粉尘的荷电量与粉尘粒径 收尘壁面 壁面 捕获 的平方成正比关系,大颗粒的荷电量比小颗粒多,因 此受到电场力的加速作用也就越明显。 2表 １ 控制方程组 输运方程 变量 Ф 对流项 扩散系数 г 源项 Ｓ 连续方程 Ｉ ρＵ ０ ０ 动量方程 Ｕ ρｕ μｃｆｔ ＝μ＋μｔ －ｐ ｘ＋  ｘｉ μｃｆｔ Ｕｉ ( ｘ)＋Ｆｙｘ ＋Ｆｙ Ｘ－动量 Ｙ动量 Ｖ ρｕ μｃｆｔ ＝μ＋μｔ －ｐ ｙ＋  ｘｉ μｃｆｔ Ｕｉ ( ｙ)＋Ｆｘｙ ＋Ｆｙ 湍动能 Ｋ ρＵ μ＋μｔ σｋ Ｇｋ ＋ρε＋Ｓｂ 耗散率 ε ρＵ μ＋μｔ σｋ ε ｋ（Ｃ１Ｇｋ －Ｃ２ρε）＋Ｓｂ 能量 Ｔ ρＵ ｕ Ｐｒ ＋ｕｔ σｋ ｑ＋Ｊ２ ｘ ＋Ｊ２ ｙ σ 电磁感应方程 ｘ－分量 ＥＸ Ｕ １ σμｃｆｔ ｉ ＝ｘ，ｙ Ｅｉ ｕ ｘｉ ＋Ｕｉ Ｅσｘ ｘｉ ( ) Ｙ－分量 ＥＹ Ｖ １ σμｃｆｔ ｉ ＝ｘ，ｙ Ｅｉ ν ｘｉ ＋Ｕｉ Ｅσｙ ｘｉ ( ) 处理颗粒问题，可以运用离散相模型，该模型要 求离散相体积分数小于 ２０％，即稀疏气固两相流。 可以通过对拉格朗日坐标下颗粒作用力微分方程进 行积分来求解离散相颗粒的轨迹。离散相颗粒的作 用力平衡方程为： ｄｕｐ ｄｔ＝ＦＤ（ｕ－ｕｐ）＋ ｇｉ（ρｐ －ρ） ρｐ ＋Ｆｉ ｉ＝ｘ，ｙ （２） 式中：Ｆ为流场力内作用在颗粒上的加速度，在 ＣＦＤ软件中可以用体积力的方式体现。作用在颗 粒上的力有重力、热泳力、布朗力、曳力、电场力等， 这里只考虑影响最大的电场力和流体曳力作用。 ２ 物理模型及边界条件 本文选取一简化物理模型，研究放电极电场特 性，模型如图 １所示，ｘ方向长度 ０．４ｍ，ｙ宽度方向 长度 ０．３ｍ，内部放点极用半径 ５ｍｍ圆代替。网格 采用结构化网格划分，圆附近局部加密，总网格数量 约 ２５０００个。入口边界条件如表 ２所示。 表 ２ 边界条件 计算边界 连续相 电势 颗粒相 入口 速度入口，１ｍ／ｓ ０ 逃逸 出口 Ｏｕｔｆｌｏｗ ０ 逃逸 放电极 壁面 ５０ｋＶ，３０ｋＶ 反射 收尘壁面 壁面 ０ 捕获 图 １ 模型结构示意 ３ 计算结果及分析 通过模拟得到了不考虑空间电荷效应和考虑空 间电荷效应两种情况下的电位分布，电压分别取 ３０ｋＶ和 ５０ｋＶ，结果如图 ２和图 ３所示。从图 ２可 知，电场通道内的高位场强区只是在放点极周围很 小一部分，其余大部分都处于低位电场区域。从图 ３可知，由于空间存在荷电粉尘，粉尘迁移率小于离 子迁移率，使得空间电荷密度增大，电场分布不均 匀，使得整个电场区域的高位电场区扩大，说明在数 值计算中应该考虑空间电荷效应。 在 ５０ｋＶ的电压放电条件下，粒径分别取 １× １０－６ ｍ、１×１０－５ ｍ、１×１０－３ ｍ，计算结果如图 ４所示。 随着颗粒粉尘粒径的增大，粉尘向收尘极驱进的程 度明显增强，主要是由于粉尘的荷电量与粉尘粒径 的平方成正比关系，大颗粒的荷电量比小颗粒多，因 此受到电场力的加速作用也就越明显。 ２２ ２０１５年 ８月 电 力 科 技 与 环 保 第 ３１卷 第 ４期