模拟异极性荷电粒子在磁电凝并器中的运动情况的方法技术

本发明专利技术提供了一种模拟异极性荷电粒子在磁电凝并器中的运动情况的方法，包括：(1)建立三维空间区域；(2)建立数个小球；(3)建立三维空间区域复合场模型；(4)为小球建立库仑力作用范围圈；(5)建立运动模型；(6)判断两个小球是否发生了碰撞，如果碰撞的两个小球的荷电极性不相同则跳转至步骤(8)否则跳转至步骤(7)；(7)计算两个小球间的库仑力和范德华力大小，如果范德华力大于库仑力，跳转步骤(8)，否则跳转步骤(9)；(8)将两个小球合并为一个直径更大的小球；(9)两个小球朝相互远离的方向运动。本发明专利技术准确、高效的模拟了粒子在磁电凝并器中的运动情况，有助于提高磁电凝并效率的研究以及教学效果。教学效果。教学效果。

【技术实现步骤摘要】
模拟异极性荷电粒子在磁电凝并器中的运动情况的方法


[0001]本专利技术涉及异极性荷电粒子的磁电凝并模拟计算方法领域，具体涉及到一种模拟异极性荷电粒子在磁电凝并器中的运动情况的方法。

技术介绍

[0002]一些地区严重雾霾频发，治理措施需要进一步加强。雾霾天气中，可吸入颗粒物是最主要的污染物，即细微颗粒物(PM10、PM2.5)。电除尘器是一种限制工业粉尘排放的除尘装置，但电除尘器对细微粒子的除尘效率低。一种有效的解决办法是通过荷电—凝并装置来改变烟气中粒子的粒径分布，使小粒径的细微颗粒碰撞凝并形成大颗粒或者附着在大颗粒上，从而能被电除尘器有效的去除。
[0003]磁电凝并器是一种新型的凝并器，在凝并器中存在着磁电复合场。粒子进入磁电凝并器前，已经经过荷电装置进行了异极性荷电，一部分粒子带上了正电，另外一部分粒子带上了负电，统称异极性荷电粒子。这些异极性荷电粒子进入磁电凝并器，在磁电复合场的作用下，做反向的螺旋运动，进而碰撞凝并，形成大粒径的粒子，提高了后续的除尘效率。
[0004]由以上分析可知，磁电凝并器是提高除尘器除尘效率的一种有效途径。所以研究粒子在磁电凝并器中的运动情况以提高粒子的凝并效率尤为重要。目前还不存在针对磁电凝并器的模拟方法，相关行业从业者或是学术研究者缺少有效的观测、研究、学习等手段。由于磁电复合场包含了多种运算模型，运算模型之间相互牵涉，模拟磁电凝并复合场对计算机性能有较高的要求，并且耗时较长、准确率也有待提高，难以进行广泛普及。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术解决的问题在于提供了一种模拟异极性荷电粒子在磁电凝并器中的运动情况的方法，根据粒子在磁电凝并器中的动力学方程，准确、高效的模拟了粒子在磁电凝并器中的运动情况。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种模拟异极性荷电粒子在磁电凝并器中的运动情况的方法，包括以下步骤：
[0007](1)建立模拟磁电凝并器的三维空间区域，所述三维空间区域具有一入口端以及一出口端；
[0008](2)建立数个模拟不同粒径大小的粉尘粒子的小球，这些小球被配置在所述三维空间区域中，每个小球均包括有对应的荷电属性，所述荷电属性用于模拟粉尘粒子携带的荷电极性以及荷电量；
[0009](3)建立三维空间区域复合场模型，所述三维空间区域复合场模型包括气流湍流模型、电场分布模型和磁场分布模型；
[0010](4)根据小球的直径、荷电量大小以及小球所处位置的电场强度为每个小球建立相应大小的库仑力作用范围圈，所述小球的库仑力作用范围圈为以该小球为中心的球形区域；
[0011](5)建立运动模型，所述运动模型用于模拟数个小球在湍流黏滞力、磁场力、电场力以及该小球库仑力作用范围圈内的库仑力合力的作用下从入口端运动至出口端的运动路径，库仑力作用范围圈内的库仑力合力是指该小球受到作用范围圈内其他小球库仑力作用产生的合力；
[0012](6)当相邻两个小球的中心点之间的距离小于或等于两个小球的半径之和时，则判定为两个小球发生了碰撞，如果碰撞的两个小球的荷电极性不相同则跳转至步骤(8)，如果两个小球的荷电极性相同则跳转至步骤(7)；
[0013](7)根据两个小球的直径和荷电量大小计算两个小球间的库仑力和范德华力大小，如果两个小球间的范德华力大于库仑力，跳转步骤
[0014](8)；如果库仑力大于范德华力，跳转步骤(9)；
[0015](8)将两个小球合并为一个直径更大的小球；
[0016](9)两个小球朝相互远离的方向运动。
[0017]进一步地，数个小球在入口端生成，在出口端消失，统计入口端生成和出口端消失的所有小球的直径大小以及数量。
[0018]进一步地，小球在库仑力作用范围圈的边界处产生的电场强度为磁电凝并器本身在该小球中心位置产生的电场强度的1/n，所述n为5
‑
13的自然数，所述小球库仑力作用范围圈内的坐标由下式确定：
[0019]式中n为取值范围为5
‑
13的自然数；
[0020]式中，x、y、z分别为所述三维空间区域中的x轴、y轴与z轴坐标值，单位为m；x
i
、y
i
、z
i
分别为该小球中心位置在所述三维空间区域中的x轴、y轴与z轴坐标值，单位为m；q
i
为该小球所带电荷量，单位为C；E
i
为电场分布模型在该小球中心位置产生的电场强度的大小，单位为V/m；ε0为介电常数，单位为F/m；
[0021]进一步地，所述气流湍流模型采用k
‑
epsilion RNG模型模拟；
[0022]所述电场分布模型，通过输入的边界条件参数电势以及三维空间区域中的坐标，根据电场控制方程，模拟电场分布；
[0023]所述磁场分布模型，通过输入的边界条件参数剩磁以及三维空间区域中的坐标，根据磁场控制方程，模拟磁场分布；
[0024]通过分布在三维空间区域中的不同颜色/粗细/样式/密度的数个线条模拟气流、电场以及磁场的分布情况。
[0025]进一步地，所述小球从入口端运动至出口端的运动路径通过小球的运动模型模拟小球的位置矢量来绘制并展现；
[0026]所述运动模型按照以下动力学方程建立：
[0027][0028]上述式子中，为惯性力；为黏滞力；为电场力；为库仑力作用范围圈内库仑力合力；为洛伦兹力；是其中一个小球的位置矢量，单位为m；为其中一个小球的库仑力作用范围圈内其他小球的位置矢量，单位为m；为小球间的相对位置矢量，单位为m；t为时间，单位为s；μ是气体的黏滞系数；是坎宁安系数；d
i
为其中一个小球的直径，单位为m；m
i
为其中一个小球的质量，单位为kg，所有小球的质量与其直径大小均为固定的比值；q
i
为其中一个小球所带荷电量，单位为C；q
j
为库仑力作用范围圈内其他小球所带荷电量，单位为C；为电场分布模型在其中一个小球中心位置产生的电场强度，单位为V/m；为其中一个小球的速度矢量，单位为m/s；为磁场分布模型在其中一个小球中心位置产生的磁感应强度，单位为T；ε0为介电常数，单位为F/m。
[0029]进一步地，所述步骤(8)具体包括：两个小球合并为一个直径更大的小球，合并后的直径更大的小球的荷电量为两个小球荷电量代数和，合并后的直径更大的小球的体积是碰撞合并的两个小球的体积之和。
[0030]进一步地，所述步骤(8)和步骤(9)中，两个小球碰撞合并之后的直径更大的小球的运动速度以及两个小球碰撞分离之后朝相互远离的方向运动速度根据动量定律和能量守恒定律模拟计算。
[0031]本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术模拟了粒子在磁电复合场模型下的运动情况，包括粒子在气流湍流、磁电复合场以及粒子间碰撞凝并运动、碰撞分离运动等因素影响下的运动路径，符合荷电粉尘粒子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟异极性荷电粒子在磁电凝并器中的运动情况的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立模拟磁电凝并器的三维空间区域，所述三维空间区域具有一入口端以及一出口端；(2)建立数个模拟不同粒径大小的粉尘粒子的小球，这些小球被配置在所述三维空间区域中，每个小球均包括有对应的荷电属性，所述荷电属性用于模拟粉尘粒子携带的荷电极性以及荷电量；(3)建立三维空间区域复合场模型，所述三维空间区域复合场模型包括气流湍流模型、电场分布模型和磁场分布模型；(4)根据小球的直径、荷电量大小以及小球所处位置的电场强度为每个小球建立相应大小的库仑力作用范围圈，所述小球的库仑力作用范围圈为以该小球为中心的球形区域；(5)建立运动模型，所述运动模型用于模拟数个小球在湍流黏滞力、磁场力、电场力以及该小球库仑力作用范围圈内的库仑力合力的作用下从入口端运动至出口端的运动路径，库仑力作用范围圈内的库仑力合力是指该小球受到作用范围圈内其他小球库仑力作用产生的合力；(6)当相邻两个小球的中心点之间的距离小于或等于两个小球的半径之和时，则判定为两个小球发生了碰撞，如果碰撞的两个小球的荷电极性不相同则跳转至步骤(8)，如果两个小球的荷电极性相同则跳转至步骤(7)；(7)根据两个小球的直径和荷电量大小计算两个小球间的库仑力和范德华力大小，如果两个小球间的范德华力大于库仑力，跳转步骤(8)；如果库仑力大于范德华力，跳转步骤(9)；(8)将两个小球合并为一个直径更大的小球；(9)两个小球朝相互远离的方向运动。2.根据权利要求1所述的模拟异极性荷电粒子在磁电凝并器中的运动情况的方法，其特征在于：数个小球在入口端生成，在出口端消失，统计入口端生成和出口端消失的所有小球的直径大小以及数量。3.根据权利要求1所述的模拟异极性荷电粒子在磁电凝并器中的运动情况的方法，其特征在于：小球在库仑力作用范围圈的边界处产生的电场强度为磁电凝并器本身在该小球中心位置产生的电场强度的1/n，所述n为5
‑
13的自然数，所述小球库仑力作用范围圈内的坐标由下式确定：式中n为取值范围为5
‑
13的自然数；式中，x、y、z分别为所述三维空间区域中的x轴、y轴与z轴坐标值，单位为m；x
i
、y
i
、z
i
分别为该小球中心位置在所述三维空间区域中的x轴、y轴与z轴坐标值，单位为m；q
i
为该小球所带电荷量，单位为C；E

【专利技术属性】
技术研发人员：吴君周，郑伟，金国伟，王伍柒，周立萍，
申请(专利权)人：浙江安防职业技术学院，
类型：发明
国别省市：