Д.т.н. Сулейменов О.А.

Таразский государственный университет, Казахстан

Расчет процесса разрядки частиц

на осадительном электроде

Проанализируем процесс разрядки частиц на осадительном электроде коронно-электростатических барабанных сепараторов. Предположим , что частицы обладают некоторым начальным зарядом. Из-за существенной разности в удельной проводимости рассмотрим раздельно:

-процесс разрядки непроводящей и полупроводящей частиц при полном отсутствии внешнего электростатического поля, а также при наличии напряжения подпора, ниже критического значения.

-процесс разрядки проводящей частицы при аналогичных условиях.

Считаем, что частица на осадительном электроде зарядилась под воздействием объемного заряда до некоторого значения q_1. Процесс ее свободной разрядки на осадительный электрод, при отсутствии внешнего электростатического поля, происходит по известной закономерности

(1)

τ_р - постоянная времени разрядки.

Рассмотрим процесс разрядки частицы при мгновенном понижении напряжения с значения U₁ до U₂ (рисунок ). Причем U_нк ‹ U₁, следовательно, до момента t₁ происходит зарядка частицы в поле коронного разряда. Допустим, что к моменту t₁ частица зарядилась до значения q₁ . Затем напряжение понижается до значения U₂, которое ниже напряжения возникновения коронного разряда U_нк. Следовательно, при U₂ на частицу воздействует чисто электростатическое поле, объемный заряд исчезает. В дальнейшем происходит разрядка частицы на осадительный электрод под действием внешнего электростатического поля, созданного напряжением подпора. В данном случае напряжением подпора является U₂. Диэлектрическая проницаемость тела ε₁ и среды ε₂, объемная проводимость тела γ₁ и среды γ₂ заданы. Первоначально частицы полуэллипсоидальной формы с полуосями b и с, объемной проводимостью γ₁ и относительной диэлектрической проницаемостью ε₁, находящиеся на заземленном осадительном электроде в поле ионизированного воздуха (γ₂, ε₂) подвергались интенсивной зарядке.

Величина и полярность индукционного заряда при отсутствии объемного заряда (g ₂ = 0) определяется согласно /1/

(2)

где Е_подп – напряженность электростатического поля, созданного U_подп ;

d_a - коэффициент деполяризации

.

Кинетика разряда частицы с начальным зарядом q₁ при наличии напряжения подпора имеет вид

(3)

Подставляя значение q_подп в последнюю формулу получим зависимость при наличии напряжения подпора

(4)

Высокое напряжение с прямоугольным срезом (а) и кинетика разрядки (б) частиц полупроводников (1), непроводников (2) и проводников (3)

Рисунок

Из последнего выражения видно, что при напряжении подпора в пределах U_нк › U_подп › 0, частица в зависимости от γ₁ может перезаряжаться, т.е. приобрести заряд противоположной полярности. А это в свою очередь сократит время, необходимое для стекания избыточного заряда на осадительный электрод Δt (рисунок). Причем, чем выше U_подп в пределах от 0 до U_нк, тем меньше Δt .

Свободная разрядка проводящей частицы, имеющей контакт с заземленным осадительным электродом, при отсутствии внешнего электростатического поля описывается как:

(5)

где q_инд – начальный индукционный заряд проводящей частицы.

Для частицы, имеющей предельный индукционный заряд, кинетика разрядки имеет вид

(6)

Процесс разрядки проводящей частицы с начальным индукционным зарядом, имеющей контакт с осадительным электродом, происходит аналогично процессу разрядки непроводящей частицы.

Рассмотрим процесс разрядки проводящей частицы при мгновенном изменении напряжения со значением U₁ до U₂. Такой процесс рассмотрен выше для частиц непроводников (рисунок). При U₂ < U₁ происходит разрядка частицы до значения, обусловленного напряжением подпора

Кинетика разрядки частицы с начальным зарядом /q_инд / > /q_подп / согласно / 2 / имеет вид

(7)

q_инд – начальный индукционный заряд проводящей частицы.

В промышленных коронно-электростатических барабанных сепараторах процессы разрядки частиц проводников и непроводников протекают параллельно при разной полярности избыточного заряда.

Литература

1. И.П. Верещагин, В.И. Левитов, Г.З. Мирзабекян, М.М. Пашин. Основы электрогазодинамики дисперсных систем. М., Энергия, 1974,с. 480.

2. Мирзабекян Г.3. Зарядка аэрозолей в поле коронного разряда. В кн.: Сильные электрические поля в технологических процессах /электронно-ионная технология/. М., Энергия, 1969, с. 20-39.