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高压耦合静电场下导电颗粒和非导电颗粒的动力学研究-中国科学杂志社
中国科学 E 辑 : 技术科学 2009 年 第 39 卷 第 3 期 : 423 ~ 430 SCIENCE IN CHINA PRESS 高压耦合静电场下导电颗粒和非导电颗粒的 动力学研究 * 许振明 , 李佳, 路洪洲, 吴江 上海交通大学环境科学与工程学院, 上海 200240 * E-mail: zmxu@ 收稿日期: 2007-05-08; 接受日期: 2008-03-04 国家高技术研究发展计划(“863”计划)(批准号: 2006AA06Z364)、教育部博士点基金(批准号: 20060248058) 和教育部“新世纪优秀人才支 持计划”项目(批准号: NCET-05-0404)资助 摘要 采用高压静电学理论和数值分析方法, 对电晕极、高压静电极与接地电极耦合产生 关键词 的电场下导电颗粒和非导电颗粒的动力学行为进行了研究. 分析了导电颗粒在电晕极与接地 电晕 电极之间存在着的摆动现象, 并推导出摆动最大振幅公式. 发现在高压静电极与接地电极耦 高压耦合静电场 合电场中, 导电颗粒存在一定的起浮电压. 提出了“临界荷电转速” 、“非金属颗粒脱辊转速” 高压静电分选 动力学 以及“ 电压与电极距比”等概念, 并建立相应判据. 采用计算机模拟出导体颗粒在电晕极、高 压静电极与接地电极三者耦合的电场下的运动轨迹, 其模拟结果与实验结果相吻合. 高压静电分选作为一种有效的、无污染的分选技 术已被应用到静电除尘、混合物料的分离[1,2] 、种子的 优选[3,4] 、工业选矿和废弃物的处理[5~7]等领域. 近年来, 研究者采用高压静电分离方法对破碎电路板处理进行 资源化处理, 实现了金属与非导体的分离[8~12]. 高压 静电分离方法与目前应用分离破碎电路板中金属和 非导体颗粒的气流风选和湿法重力分选相比, 具有 成本低、高效、结构简单、无污染等特点, 具有很好 的应用价值. 破碎电路板的高压静电分选装置如图 1 所示. 首 先物料经加料系统 1, 均匀、单层的散布在接地转辊 电极 2 的光滑表面上, 由于电晕电极4 与接地转辊 2 之间产生强烈的电晕, 物料在荷电区 3 内进行荷电; 图 1 高压电选机分选示意及原理图 然后荷电的物料进入分离区, 由于导电物料与接地 转辊电极相连, 迅速失去电荷, 并受高压静电极 5 的 电荷而与接地电极产生映像力, 且受偏向电极 5 的强 强烈吸引, 在重力、离心力和电场力的合力作用下斜 烈排斥, 便牢固的吸附在接地转辊电极表面上, 随接 抛下落. 而放电速度慢的非导电物料, 由于自身的负 地转辊转动至滚刷 6 处被刷掉, 完成两种不同电性物 423 许振明等: 高压耦合静电场下导电颗粒和非导电颗粒的动力学研究 料的分离. 混合颗粒的荷电及分离过程由三个电极 强度E 可由文献 [5,14] 计算, q 为空间电荷密度, J = ( 电晕电极、高压静电极和接地电极)相互作用完成, I /(e ⋅c), I 为电晕电流, e 为电晕丝长度, c 为电晕区 在分离过程中导电颗粒和非导电颗粒在耦合电场下 宽度. 的动力学行为的研究至今未见报道. 而对其动力学 导体颗粒的
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