近年来,我国多数城市大气污染严重,以PM2.5为代表的空气细颗粒污染物引起社会广泛关注[1-2].面对这一健康威胁,室内空气净化器成为越来越多人的选择.而静电除尘器(ESP)因效率高、阻力小和无耗材的特点受到关注,其在室内空气净化领域的潜力正被挖掘和研究[3].

常用的电除尘器按结构可分为单区和双区,区别在于前者内部颗粒的荷电和捕集过程同时进行,而后者颗粒荷电和捕集过程则分别在荷电区和收尘区完成.单区ESP结构简单,处理流量大,常应用于工厂尾气处理.但内部电流体的作用使其对小粒径颗粒的捕集效果较低[4],臭氧发生率也较高[5],不适用于室内空气净化.相较而言在这两方面表现更优的双区ESP更能满足室内空气净化的需求[6-7].

近年来研究者对双区ESP的研究重点在于超细颗粒物去除率的提升,研究方向可归纳为材料开发、结构设计和参数优化.例如使用新的放电极材料或对收尘极表面包裹泡沫材料,以强化颗粒荷电过程或减少二次扬尘现象,使超细颗粒物去除率得到提升[8-9].此外也有学者对双区ESP的结构进行研究,目标主要为颗粒凝并结构的设计,使超细颗粒在荷电的同时凝并长大,降低超细颗粒物的捕集难度[10].另外有学者专注于双区ESP的参数优化,测定放电极电压、供电方式(AC/DC)、入口风速和颗粒粒径与颗粒去除率的关系,探讨ESP电源参数的设定原则[11-12].

然而上述关于双区ESP的研究均停留在实验现象层面,仅关注实验条件与颗粒去除效率的关系,缺乏对于双区ESP内部颗粒运动过程的认识.双区静电除尘的实际物理过程非常复杂,内部电场、流场和颗粒物相互耦合,一种物理量的改变会引起其他物理量的变化,因此改变单一实验条件以观察颗粒去除率增减的做法很难反映现象背后的原理和逻辑.应当对双区静电除尘过程建立完备的数学模型,研究内部的颗粒运动过程,对颗粒荷电特性进行定量分析,才能深入认识这一物理过程及指导后续设计.