近年來,我國多數城市大氣污染嚴重,以PM2.5為代表的空氣細顆粒污染物引起社會廣泛關注[1-2].面對這一健康威脅,室內空氣凈化器成為越來越多人的選擇.而靜電除塵器(ESP)因效率高、阻力小和無耗材的特點受到關注,其在室內空氣凈化領域的潛力正被挖掘和研究[3].

常用的電除塵器按結構可分為單區和雙區,區別在于前者內部顆粒的荷電和捕集過程同時進行,而后者顆粒荷電和捕集過程則分別在荷電區和收塵區完成.單區ESP結構簡單,處理流量大,常應用于工廠尾氣處理.但內部電流體的作用使其對小粒徑顆粒的捕集效果較低[4],臭氧發生率也較高[5],不適用于室內空氣凈化.相較而言在這兩方面表現更優的雙區ESP更能滿足室內空氣凈化的需求[6-7].

近年來研究者對雙區ESP的研究重點在于超細顆粒物去除率的提升,研究方向可歸納為材料開發、結構設計和參數優化.例如使用新的放電極材料或對收塵極表面包裹泡沫材料,以強化顆粒荷電過程或減少二次揚塵現象,使超細顆粒物去除率得到提升[8-9].此外也有學者對雙區ESP的結構進行研究,目標主要為顆粒凝并結構的設計,使超細顆粒在荷電的同時凝并長大,降低超細顆粒物的捕集難度[10].另外有學者專注于雙區ESP的參數優化,測定放電極電壓、供電方式(AC/DC)、入口風速和顆粒粒徑與顆粒去除率的關系,探討ESP電源參數的設定原則[11-12].

然而上述關于雙區ESP的研究均停留在實驗現象層面,僅關注實驗條件與顆粒去除效率的關系,缺乏對于雙區ESP內部顆粒運動過程的認識.雙區靜電除塵的實際物理過程非常復雜,內部電場、流場和顆粒物相互耦合,一種物理量的改變會引起其他物理量的變化,因此改變單一實驗條件以觀察顆粒去除率增減的做法很難反映現象背后的原理和邏輯.應當對雙區靜電除塵過程建立完備的數學模型,研究內部的顆粒運動過程,對顆粒荷電特性進行定量分析,才能深入認識這一物理過程及指導后續設計.