[發明專利]一種粉塵顆粒群電場荷電數學模型構建方法

有效

• 申請號: 202011205620.0
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112380758B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 趙政;劉國慶;晏丹;王杰;蘇楊秀怡;吳付祥;焦敏;惠立鋒;張強;鄧勤;李征真;羅小博;王宇廷
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F111/10
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種粉塵顆粒群電場荷電數學模型構建方法，屬于粉塵監測技術領域。該方法包括：S1：根據粉塵顆粒典型電場荷電數學模型和粉塵顆粒的形狀，計算得到粉塵顆粒的質量和荷質比；S2：根據粉塵顆粒群的細度，分別按直徑、面積、體積或Sauter平均，求得粉塵顆粒群的電荷量；S3：根據粉塵顆粒質量，求得粉塵顆粒群的質量；S4：根據粉塵顆粒群的質量和電荷量，求得粉塵顆粒群不同維度球體下，分別按直徑、面積、體積或Sauter平均的荷質比。本發明主要針對2.5um以上的顆粒物進行電場荷電數學模型構建，得到更精準的粉塵顆粒群的荷質比，能夠提高粉塵連續監測的精度。

技術領域

本發明屬于粉塵監測技術領域，涉及一種粉塵顆粒群電場荷電數學模型構建方法。

背景技術

目前適用于長時間連續監測粉塵濃度的方法是光散射法、靜電電荷感應法以及基于主動荷電的電荷感應法。但光散射法的致命弱點是光學器件易被粉塵污染導致測試結果不可靠^[14-15]，而靜電電荷感應法也存在缺陷：粉塵自身的靜電量低、易受外部環境影響且電荷極性不穩定、信號拾取及處理非常難，導致其粉塵濃度監測時精度較低。相較之下，基于主動荷電的電荷感應法具有監測精度更高的優勢。但由于對主動荷電的影響因素：粉塵物性、環境參數、荷電電場強度等沒有開展系統的深入研究，這種對粉塵濃度的測試方法在我國未見報道。亟需開展主動荷電的研究工作，解決目前長時間連續監測粉塵濃度的問題，使粉塵濃度監測范圍大、測試精度更高。

根據文獻，目前國際較先進的設備——荷電低壓沖擊器，能實時測量粒徑范圍在6納米至 10微米間的粒子分布和濃度。雖然國外學者已開發出最新主動荷電的設備，但只針對于6納米至10微米間的粒子，對于空氣動力學直徑≤75μm的粉塵國內外均沒有相關的主動荷電的監測儀器。同時，針對粉塵特性研究也多集中于除塵方面，而不是粉塵監測。

針對粉塵主動荷電特性研究處于起步階段的現狀，常見的經理理論模型都是假設一個顆粒的荷電，而在現實中顆粒物是以成群的方式出現，因此，亟需一種能反應實際粉塵顆粒群的電場荷電數學模型構建方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種粉塵顆粒群(主要針對2.5um以上的顆粒物)電場荷電數學模型構建方法，得到更精準的粉塵顆粒群的荷質比，從而提高粉塵連續監測的精度。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種粉塵顆粒群電場荷電數學模型構建方法，具體包括以下步驟：

S1：根據粉塵顆粒典型電場荷電數學模型和粉塵顆粒的形狀，計算得到粉塵顆粒的質量和荷質比；

S2：根據粉塵顆粒群的細度，分別按直徑、面積、體積或Sauter平均，求得粉塵顆粒群的電荷量；

S3：根據粉塵顆粒質量，求得粉塵顆粒群的質量；

S4：根據粉塵顆粒群的質量和電荷量，求得粉塵顆粒群不同維度球體下，分別按直徑、面積、體積或Sauter平均的荷質比。

進一步，所述步驟S1具體包括：假設粉塵顆粒為球形，根據粉塵顆粒典型電場荷電數學模型，分為以下兩種情況：

1)粉塵顆粒為三維球體，粉塵顆粒質量和荷質比為：

2)粉塵顆粒為N維球體，粉塵顆粒質量和荷質比為：

其中，d_p為粉塵顆粒直徑，ε₀為自由空間的介電常數，E₀為勻強電場強度，ρ為球體密度為球體密度，q為粉塵荷電量，m為粉塵主動荷電質量，t為荷電時間，τ為荷電時間常數，ε為介電常數值；Γ(·)為伽瑪函數(Gamma函數)，也叫歐拉第二積分，是階乘函數在實數與復數上擴展的一類函數。