CN103823950B - 一种电场数值建模方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种电场数值建模方法及装置，所述方法包括：确定电除尘器的电场边界条件，所述电场边界条件包括电晕极电晕层的空间电荷密度、电晕极的电势、收尘极的电势；建立所述电除尘器的三维模型，并从所述三维模型中提取电场区域；对所述电场区域进行网格划分，并利用电场控制方程建立电场数值模拟模型，对所述电场数值模拟模型进行迭代计算，获得电晕极与收尘极之间的电势分布、场强分布、电流密度分布和空间电荷密度分布。如此，就可实现对线‑板式电除尘器二维、三维电场的数值模拟。

Description

一种电场数值建模方法及装置

技术领域

本发明涉及电除尘器领域，具体涉及一种电场数值建模方法及装置。

背景技术

电除尘器广泛应用于燃煤电站、冶金、化工、水泥等行业，是治理大气污染最重要的环保设备之一。它的主要工作原理是：电晕极在直流高电压的作用下将其周围气体电离，粉尘颗粒通过电除尘器时在电场中荷电，并在电场力的作用下向收尘极运动而被捕集，从而使烟气得到净化。由此可知，电场是影响电除尘器除尘效率的关键因素，因此对电除尘器电场的研究有着重要意义。

目前，常用的电场参数求解方式为：利用计算机数值计算的方法对电除尘器电场进行数值求解，获得电除尘器的场强分布、电流密度分布、空间电荷密度等参数信息。然而，这些数值模拟求解方式大多只针对线-板式电除尘器（即电晕极呈线状，收尘极呈板状）的电场进行二维简化后的数值模拟，特别是针对电晕极为圆线的电场进行数值求解。考虑到芒刺线电晕极（即带有针刺的圆线电极，具体可参见图1所示示意图）具有起晕电压低、放电能力强、电晕稳定等特点，已被广泛应用到电除尘器中，然而现有的二维简化数值模型并不适用于芒刺线-板电除尘器的三维电场，无法进行准确的数值求解。

发明内容

本发明实施例的电场数值建模方法及装置，用以提供一种适用于二维、三维电场的数值模拟方案。

为此，本发明实施例提供如下技术方案：

一种电场数值建模方法，所述方法包括：

确定电除尘器的电场边界条件，所述电场边界条件包括电晕极电晕层的空间电荷密度、电晕极的电势、收尘极的电势；

建立所述电除尘器的三维模型，并从所述三维模型中提取电场区域；

对所述电场区域进行网格划分，并利用电场控制方程建立电场数值模拟模型，对所述电场数值模拟模型进行迭代计算，获得电晕极与收尘极之间的电势分布、场强分布、电流密度分布和空间电荷密度分布。

优选的，所述电晕极电晕层的空间电荷密度根据以下公式获得：ρ_ion=abεE₀(E-E₀)，E≥E₀；其中，

ρ_ion为空间电荷密度，a为经验常数，b为电荷载体迁移率，ε为空间介电常数，E₀为起晕场强，E为电场强度。

优选的，如果所述电除尘器为芒刺线-板电除尘器，则所述对所述电场区域进行网格划分，包括：

所述电场区域的芒刺分布区、及芒刺分布区周边的预设区域采用四面体网格划分，所述电场区域的其它剩余区域采用六面体网格划分。

优选的，所述电场控制方程包括：

泊松方程：其中，V为电晕极与收尘极之间任一点的电场电势，ρ为电场区域的空间电荷密度，ε为空间介电常数；

电流连续性方程：其中，b为电荷载体迁移率，E为电场强度，U为气流速度，D为空间电荷扩散系数；

皮克方程：其中，δ为相对于标态的气体密度，r为电晕极曲率半径。

优选的，所述方法还包括：

利用所述电场数值模拟模型对线-板式电除尘器的电场进行数值模拟，并根据模拟结果与试验结果之间的偏差修正所述电场数值模拟模型，直至所述偏差低于预设值。

优选的，所述方法还包括：

利用修正后的电场数值模拟模型进行电除尘器的电场数值模拟、电除尘器的最优极配型式选取、电除尘器的整体电场数值模拟中的一项或多项。

一种电场数值建模装置，所述装置包括：

边界确定单元，用于确定电除尘器的电场边界条件，所述电场边界条件包括电晕极电晕层的空间电荷密度、电晕极的电势、收尘极的电势；

提取单元，用于建立所述电除尘器的三维模型，并从所述三维模型中提取电场区域；

模型建立单元，用于对所述电场区域进行网格划分，并利用电场控制方程建立电场数值模拟模型，对所述电场数值模拟模型进行迭代计算，获得电晕极与收尘极之间的电势分布、场强分布、电流密度分布和空间电荷密度分布。

优选的，所述装置还包括：

修正单元，用于利用所述电场数值模拟模型对线-板式电除尘器的电场进行数值模拟，并根据模拟结果与试验结果之间的偏差修正所述电场数值模拟模型，直至所述偏差低于预设值。

优选的，所述装置还包括：

应用单元，应用修正后的电场数值模拟模型进行电除尘器的电场数值模拟、电除尘器的最优极配型式选取、电除尘器的整体电场数值模拟中的一项或多项。

本发明实施例的电场数值建模方法及装置，利用电晕层的空间电荷密度、电晕极的电势、收尘极的电势作为电场边界条件，并对电除尘器电场区域进行合理的网格划分，通过电场控制方程找到操作电压与电场参数（主要体现为电势分布、场强分布、电流密度分布、空间电荷密度分布）之间的一一对应关系，将其作为电场数值模拟模型进行迭代计算，获得电晕极与收尘极之间的电势分布、场强分布、电流密度分布、空间电荷密度分布。如此就可实现对线-板式电除尘器二维、三维电场的数值模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是芒刺线-板式电除尘器的示意图；

图2是本发明实施例电场数值建模方法实施例1的流程图；

图3是本发明实施例中网格划分示意图；

图4是本发明实施例电场数值建模方法实施例2的流程图；

图5是本发明实施例中圆线-板电场的模拟结果；

图6是本发明实施例中圆线-板电场的伏安特性验证图；

图7是本发明实施例中圆线-板电场的E_max/E₀验证图；

图8是芒刺线电晕极的结构示意图；

图9是本发明实施例中芒刺线-板电场的伏安特性验证图；

图10是本发明实施例中芒刺线-板电场的收尘极上相对电流密度验证图；

图11是本发明实施例电场数值建模方法实施例3的流程图；

图12a是本发明实施例中三维电场的伏安特性模拟示意图；

图12b是本发明实施例中三维电场的收尘极最大场强与操作电压的关系图；

图12c是本发明实施例中三维电场的收尘极电荷密度分布模拟示意图；

图12d是本发明实施例中三维电场的空间电荷密度分布模拟示意图；

图13a～13d是本发明实施例中四种极配型式的收尘极电流密度分布模拟示意图；

图14是本发明实施例中四种极配型式的E_max随电压变化的示意图；

图15是本发明实施例中电除尘器的整体电场分布模拟示意图；

图16是本发明实施例中电除尘器的整体空间电荷分布模拟示意图；

图17是本发明实施例电场数值建模装置实施例1的示意图；

图18是本发明实施例电场数值建模装置实施例2的示意图；

图19是本发明实施例电场数值建模装置实施例3的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

下面先对本发明实施例的具体应用场景进行解释说明。

目前，常见的电除尘器极配型式可包括线-管式、线-板式两种，参见图1，示出的即是线-板式中的芒刺线-板式电除尘器的示意图。其中，电除尘器的收尘极101由若干块金属板组成，电晕极102位于两排收尘极中间，在收尘极和电晕极之间施加高压直流电，当电压升高至一定值时，电晕极附近空气电离生成大量负离子、正离子和自由电子。这样，在含尘气流通过电场空间时，粉尘会与自由电子、离子碰撞，实现粉尘荷电，进而荷电粉尘会在电场力的驱动下，向收尘极运动并被收尘极捕集。

结合上文对电除尘器工作过程的介绍可知，电场是电除尘器工作的必备条件，具有以下三重作用：

1.使小曲率半径电极附近产生大量荷电离子，形成电晕；

2.提供荷电离子与粉尘碰撞的驱动力，使粉尘荷电；

3.保证荷电粉尘向收尘极运动被捕集所需的电场力；

考虑到电场与电除尘器工作过程之间的密切关系，可通过研究电场的方式来提高电除尘器的除尘效率。

需要说明的是，因为线-板式极配型式的电除尘器的电场结构配置复杂且非轴对称，电场方程也不能简化为一维形式，故本发明实施例主要针对这种较难求解电场参数的电除尘器，当然，本发明方案也可应用于较为简单的线-管式电除尘器，本发明实施例对此可不做具体限定。

一般情况下，线-板式电除尘器的电场呈二维或三维形式，这主要与电除尘器采用的电晕极有关，如果电晕极为圆线，则电除尘器电场为二维形式；如果电晕极为芒刺线，则电除尘器电场为三维形式。本发明实施例旨在提供一种既适用二维电场，又适用三维电场的数值模拟方案。

下面对本发明实施例利用数值模拟方法求解电场参数的过程进行解释说明。

参见图2，示出了本发明实施例电场数值建模方法实施例1的流程图，可包括：

步骤201，确定电除尘器的电场边界条件，所述电场边界条件包括电晕极电晕层的空间电荷密度、电晕极的电势、收尘极的电势。

本发明实施例的建模过程主要涉及以下三个边界条件：

（1）电晕极的电势

一般情况下，电晕极接地，故电晕极的电势为0。

（2）收尘极的电势

考虑到电晕极的电势为0，而操作电压（即上文中电离空气的高压直流电）又是收尘极与电晕极两者之间的电势差，故收尘极的电势可设置为操作电压值。

（3）电晕极电晕层的空间电荷密度

为了简化处理过程，可暂时忽略电晕层厚度，如此，就可将芒刺尖端附近视为本发明中芒刺线电晕极的电晕层，将圆线表面附近视为本发明中圆线电晕极的电晕层。

考虑到电晕极起晕后，实际电晕区场强要超过起晕场强，故本发明实施例提供一种采用电荷发射定律确定电晕层空间电荷密度边界的方式：

ρ_ion=abεE₀(E-E₀)，E≥E₀；其中，ρ_ion为空间电荷密度，a为经验常数，b为电荷载体迁移率，ε为空间介电常数，E₀为起晕场强，E为电场强度。

采用电荷发射定律计算得到电晕极表面场强会超过起晕场强，如此，就能补偿忽略电晕层厚度所引起的误差，使确定出的空间电荷密度边界更接近实际边界值。

需要说明的是，当a为无穷大时，电荷发射定律即为Kaptzov假设条件（Kaptzov假设电晕极起晕后其表面场强保持在起晕值上），此时E=E₀，在这种情况下可将E₀作为边界条件来使用。

另外，需要说明的是，经验常数a还影响着本发明建立的电场数值模拟模型的准确性，因此，在建模后，利用试验数据进行模型验证时，可通过调整a取值的方式进行模型修正。

步骤202，建立所述电除尘器的三维模型，并从所述三维模型中提取电场区域。

步骤203，对所述电场区域进行网格划分。

步骤202是为步骤203网格划分做准备。在进行网格划分之前，要先明确接下来针对哪个区域进行网格划分，因此，要先建立电除尘器的三维模型，并从中提取出待划分区域，该区域可具体体现为：收尘极与电晕极形成的空间中，有电场分布的所有区域，即上文的电场区域。

下面以较为复杂的芒刺线电晕极为例，对电场区域以及网格划分方式进行解释说明，参见图3所示的局部网格划分示意图（图3为图1电除尘器俯视图的局部）。

如果将芒刺线电晕极细分为柱体、分布在柱体上的多个芒刺，那么，电晕极柱体内部不会有电场分布，因此在确定电场区域时，可沿柱体外表面将柱体内部的区域（即图3中301所指区域）剔除掉，不对该部分进行网格划分；芒刺部分亦可按上述方式来确定电场区域，此处不再赘述，作为一种示意，图3中302所指区域就是确定出的一个芒刺外表面的电场区域。

确定好电场区域后，即可针对该区域进行网格划分，因为网格划分会直接影响到建模的准确性，因此，本发明实施例在电场区域采用混合网格的方式进行网格划分。具体为：所述电场区域的芒刺分布区、及芒刺分布区周边的预设区域采用四面体网格划分，所述电场区域的其它剩余区域采用六面体网格划分。

也就是说，在结构复杂变化较大的芒刺分布区采用四面体网格，而较为规则的其它区域（电场区域中除芒刺分布区之外的剩余区域）则采用六面体网格，如此，既可保证网格划分质量，又不至于过多的增加计算量。

需要说明的是，作为本发明的优选方案，还可将芒刺分布区周边的预设区域从其它区域中分离出来，将这部分区域作为过渡区域，对这部分区域也采用四面体网格。也就是说，在该优选方案下，只有电场区域的其它剩余区域（电场区域中除芒刺分布区、过渡区域之外的剩余区域）采用六面体网格。

步骤204，利用电场控制方程建立电场数值模拟模型，并对所述电场数值模拟模型进行迭代计算，获得电晕极与收尘极之间的电势分布、场强分布、电流密度分布和空间电荷密度分布。

确定好电场边界条件、完成网格划分后，即可利用电场控制方程进行迭代计算，并判断两次计算结果之间的差值是否低于预设残差值，如果是，则说明数值计算收敛，即可得到电晕极与收尘极之间的电势分布、场强分布、电流密度分布、空间电荷密度分布的计算结果；如果差值不低于预设残差值，则继续迭代计算直至低于预设残差值为止。

需要说明的是，本发明实施例可选取以下三个电场控制方程来描述电场，进行迭代计算：

（1）通过泊松方程描述电场电势分布

其中，V为电晕极与收尘极之间任一点的电场电势，ρ为电场区域的空间电荷密度，ε为空间介电常数。

（2）通过电流连续方程描述空间电荷密度分布

其中，b为电荷载体迁移率，E为电场强度，U为气流速度，D为空间电荷扩散系数。

（3）通过皮克方程（Peek Formula）描述起晕场强

$E_0=2.72\×{10}^6\mathrm{\δ}(1+0.054[m^{0.5}]/\sqrt{\mathrm{\δr}})[V/m];$ 其中，δ为相对于标态的气体密度；r为电晕极曲率半径；Vm为E₀的单位；r的单位为米，m^0.5是为了消除的单位，实现无量纲。

另外，需要说明的是，本发明实施例描述起晕场强时做以下假设：忽略电晕层厚度，且所有荷电载体的移动均采用具有固定迁移率的单一离子代替。

为了保证所建电场数值模拟模型的准确性，本发明实施例还提供电场数值建模方法实施例2，对模型进行准确性验证，具体可参见图4所示流程，可包括：

步骤401，确定电除尘器的电场边界条件，所述电场边界条件包括电晕极电晕层的空间电荷密度、电晕极的电势、收尘极的电势。

步骤402，建立所述电除尘器的三维模型，并从所述三维模型中提取电场区域。

步骤403，对所述电场区域进行网格划分。

步骤404，利用电场控制方程建立电场数值模拟模型，并对所述电场数值模拟模型进行迭代计算，获得电晕极与收尘极之间的电势分布、场强分布、电流密度分布和空间电荷密度分布。

步骤401～404与步骤201～204相同，此处不再赘述。

步骤405，利用所述电场数值模拟模型对线-板式电除尘器的电场进行数值模拟，并根据模拟结果与试验结果之间的偏差修正所述电场数值模拟模型，直至所述偏差低于预设值。

经步骤401～404建立电场数值模拟模型后，便可利用该模型对线-板式电除尘器的二维电场、三维电场进行模拟计算，并将模拟计算结果与实际试验结果进行比较，判断二者之间的偏差是否符合预设偏差，如果是，则说明所建模型的准确性很高，无需进行模型修正；如果否，则要修正模型以提高模型准确性，具体如上文，可通过调整a取值的方式修正模型，作为本发明方案的一个示例，a可取为0.05s²m^-2，当然，本发明对此可不做具体限定。

下面以a=0.05s²m^-2为例，结合线-板式电除尘器的二维电场、三维电场两种情况，验证模型的准确性。

（1）圆线-板二维电场数值模拟

一系列圆线电晕极等距、平行于收尘极板放置，圆线的线径为8mm，线板距离（即极距）为0.2m，线线距离为0.24m，当圆线长、收尘极长宽尺寸足够大时，圆线-板电除尘器的三维电场可简化为二维电场进行数值模拟。在这种具体场景下，由模型计算得到的场强分布（及对应的场强矢量）、空间电荷密度分布可参见图5所示。

根据图5所示模拟结果即可计算得到圆线-板电场伏安特性、收尘极上最大场强，即可与这种具体场景下的试验结果相比较，验证模型准确性，具体可参见图6、7。

其中，图6示出的是圆线-板电场伏安特性与Copperman（库珀曼）试验公式计算出的伏安特性之间的比对关系，由图可知二者相互吻合。

图7示出的是收尘极上最大场强与Peek方程计算出的起晕场强的比值E_max/E₀、与Sekar和Stomberg公式的计算值之间的比对关系，由图可知二者数据亦是相互吻合的。

综上，即可判定本发明电场数值模拟模型应用于二维电场时，其模拟结果是准确可靠的。

（2）圆线-板二维电场数值模拟

参见图8所示，芒刺线电晕极的芒刺部分由顶端半球、中间锥体、底端圆柱连接而成，Adamiak、Atten曾对芒刺线-板电场进行过物理实验，实验用芒刺顶端半球半径为95um、中间锥体高度h=10mm、底端圆柱直径d=1mm。

为了便于验证本发明数值模型的准确性，对Adamiak、Atten实验用的芒刺线-板三维电场进行数值模拟，并与实验数据进行比较，具体可参见图9、10。

其中，图9示出的是芒刺线-板电场伏安特性与Adamiak、Atten实验伏安特性之间的比对关系，由图可知二者相互吻合。

收尘极极板上最大电流密度点为芒刺正对收尘极的位置，相对电流密度指的是收尘极电流密度与最大电流密度的比值J/J_max，图10示出的是操作电压为8kV时，收尘极上相对电流密度的模拟结果与Adamiak、Atten的实验结果、以及著名的Warburg方程（J(θ)=J(0)cos^4.82θ，θ≤60°，其中，θ为收尘极上点与芒刺形成的锥角）计算结果之间的比对关系，由图中可知在大范围内相对电流密度的模拟结果与Adamiak、Atten实验结果、Warburg方程计算结果是一致的，只有在收尘极边界区域存在一定偏差，但总体来说模型是较为可靠的。

参见图11，示出了本发明实施例电场数值建模方法实施例3的流程图，可包括：

步骤501，确定电除尘器的电场边界条件，所述电场边界条件包括电晕极电晕层的空间电荷密度、电晕极的电势、收尘极的电势。

步骤502，建立所述电除尘器的三维模型，并从所述三维模型中提取电场区域。

步骤503，对所述电场区域进行网格划分。

步骤504，利用电场控制方程建立电场数值模拟模型，并对所述电场数值模拟模型进行迭代计算，获得电晕极与收尘极之间的电势分布、场强分布、电流密度分布和空间电荷密度分布。

步骤505，利用所述电场数值模拟模型对线-板式电除尘器的电场进行数值模拟，并根据模拟结果与试验结果之间的偏差修正所述电场数值模拟模型，直至所述偏差低于预设值。

步骤501～505与步骤401～405相同，此处不再赘述。

步骤506，利用修正后的电场数值模拟模型进行电除尘器的电场数值模拟、电除尘器的最优极配型式选取、电除尘器的整体电场数值模拟中的一项或多项。

经模型验证及修正之后，即可将本发明实施例电场数值模拟模型应用到电除尘器的电场研究中。现以下述三种具体应用为例，对此进行解释说明。

（1）芒刺线-板三维电场数值模拟

对三维电场进行数值模拟是本发明模型最基本的一个应用，利用模型即可模拟得到图12a～12d所示的三维电场的伏安特性、收尘极最大场强与操作电压关系、收尘极电流密度分布（呈椭圆状，且自中心区域向外电流密度由大到小变化）、空间电荷密度分布。

（2）最优极配型式选取

因为极配型式对电场分布有着重要影响，因此可通过本发明实施例的模型对不同极配型式的电场进行模拟研究，为选取最优极配型式提供参考依据。

参见图13a～13d，示出了针对四种不同极配型式模拟出的收尘极电流密度分布。其中，图13a为芒刺线正对平板电极（即收尘极呈平板形状）的极配型式，此时收尘极电流密度分布呈椭圆状，芒刺线针尖所对位置的电流密度最大；图13b为芒刺线正对折板（即收尘极呈对折形状）的极配型式，图13c为芒刺线针正对波纹板（即收尘极呈波纹形状）的极配型式，此时收尘极电流密度分布仍呈椭圆状，但受收尘极形状影响，收尘极上电流密度最大值出现在收尘极两侧；图13d为芒刺线平行于平板电极的极配型式，此时收尘极电流密度分布随针尖朝向呈半椭圆分布。

另外，除收尘极电流密度分布之外，还可参考收尘极上最大场强E_max来选取极配型式，具体地，图14示出了不同极配型式的E_max随电压变化的示意图。由图可知，在相同操作电压下，芒刺线正对折板的极配型式的E_max最大，芒刺线平行于平板电极的极配型式的E_max最小，也就是说，随着操作电压上升，芒刺线正对折板的极配型式最先火花放电，芒刺线平行于平板电极的极配型式最迟放电、允许的工作电压最高。

综上，利用本发明实施例的电场数值模拟模型得出的结论为：上述四种极配型式中芒刺线平行于平板电极的极配型式最理想。

（3）电除尘器整体电场数值模拟

上文是单个电晕极与其位置上对应的收尘极的电场模拟过程，除此之外，本发明实施例还可按电除尘器整体结构进行数值模拟，计算得到电除尘器的整体电场参数，具体可参见图15所示的电除尘器的整体电场分布、图16所示的电除尘器的整体空间电荷分布。

需要说明的是，实施例3示出的是本发明方案的一个优选方案，本发明图2所示实施例1建立的电场数值模拟模型，也可应用到上文介绍的电场数值模拟、最优极配型式选取、整体电场数值模拟中，本发明对此可不做具体限定。另，实施例1建立的模型的应用过程与上文所做介绍相同，此处不再赘述。

对应地，本发明实施例还提供一种电场数值建模装置，参见图17示出了装置实施例1的示意图，所述装置可包括：

边界确定单元601，用于确定电除尘器的电场边界条件，所述电场边界条件包括电晕极电晕层的空间电荷密度、电晕极的电势、收尘极的电势；

提取单元602，用于建立所述电除尘器的三维模型，并从所述三维模型中提取电场区域；

模型建立单元603，用于对所述电场区域进行网格划分，并利用电场控制方程建立电场数值模拟模型，对所述电场数值模拟模型进行迭代计算，获得电晕极与收尘极之间的电势分布、场强分布、电流密度分布和空间电荷密度分布。

需要说明的是，边界确定单元确定电场边界条件的方式，提取单元提取电场区域的方式，模型建立单元进行网格划分、迭代计算过程以及采用的电场控制方程等均可参照上文方法所做介绍，此处不再赘述。

与图4所示方法实施例2相对应地，本发明实施例还提供电场数值建模装置实施例2，具体可参见图18所示示意图，在图17所示实施例1的基础上所述装置还包括：

修正单元604，用于利用所述电场数值模拟模型对线-板式电除尘器的电场进行数值模拟，并根据模拟结果与试验结果之间的偏差修正所述电场数值模拟模型，直至所述偏差低于预设值。

关于模型验证以及模型修正的过程同样可参见上文方法实施例所做介绍，此处亦不再赘述。

与图11所示方法实施例3相对应地，本发明实施例还提供电场数值建模装置实施例3，具体可参见图19所示示意图，在图18所示实施例2的基础上所述装置还包括：

应用单元605，应用修正后的电场数值模拟模型进行电除尘器的电场数值模拟、电除尘器的最优极配型式选取、电除尘器的整体电场数值模拟中的一项或多项。

关于上述三种具体应用的过程可参见上文方法实施例所做介绍，此处不再赘述。另外，本实施例是本发明方案的一个优选方案，同样可在图17所示装置实施例1的基础上包括上述应用单元605，本发明对此不作具体限定。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种电场数值建模方法，其特征在于，所述方法包括：

确定电除尘器的电场边界条件，所述电场边界条件包括电晕极电晕层的空间电荷密度、电晕极的电势、收尘极的电势；

建立所述电除尘器的三维模型，并从所述三维模型中提取电场区域；

对所述电场区域进行网格划分，并利用电场控制方程建立电场数值模拟模型，对所述电场数值模拟模型进行迭代计算，获得电晕极与收尘极之间的电势分布、场强分布、电流密度分布和空间电荷密度分布；

其中，所述电晕极电晕层的空间电荷密度根据以下公式获得：ρ_ion＝abεE₀(E-E₀)，E≥E₀；其中，

ρ_ion为空间电荷密度，a为经验常数，b为电荷载体迁移率，ε为空间介电常数，E₀为起晕场强，E为电场强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述电除尘器为芒刺线-板电除尘器，则所述对所述电场区域进行网格划分，包括：

所述电场区域的芒刺分布区、及芒刺分布区周边的预设区域采用四面体网格划分，所述电场区域的其它剩余区域采用六面体网格划分。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电场控制方程包括：

泊松方程：▽²V＝-ρ/ε；其中，V为电晕极与收尘极之间任一点的电场电势，ρ为电场区域的空间电荷密度，ε为空间介电常数；

电流连续性方程：▽·[ρ(bE+U)-D▽ρ]＝0；其中，b为电荷载体迁移率，E为电场强度，U为气流速度，D为空间电荷扩散系数；

皮克方程：其中，δ为相对于标态的气体密度，r为电晕极曲率半径，E₀为起晕场强。

4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用所述电场数值模拟模型对线-板式电除尘器的电场进行数值模拟，并根据模拟结果与试验结果之间的偏差修正所述电场数值模拟模型，直至所述偏差低于预设值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用修正后的电场数值模拟模型进行电除尘器的电场数值模拟、电除尘器的最优极配型式选取、电除尘器的整体电场数值模拟中的一项或多项。

6.一种电场数值建模装置，其特征在于，所述装置包括：

边界确定单元，用于确定电除尘器的电场边界条件，所述电场边界条件包括电晕极电晕层的空间电荷密度、电晕极的电势、收尘极的电势；

提取单元，用于建立所述电除尘器的三维模型，并从所述三维模型中提取电场区域；

模型建立单元，用于对所述电场区域进行网格划分，并利用电场控制方程建立电场数值模拟模型，对所述电场数值模拟模型进行迭代计算，获得电晕极与收尘极之间的电势分布、场强分布、电流密度分布和空间电荷密度分布；

其中，所述电晕极电晕层的空间电荷密度根据以下公式获得：ρ_ion＝abεE₀(E-E₀)，E≥E₀；其中，

ρ_ion为空间电荷密度，a为经验常数，b为电荷载体迁移率，ε为空间介电常数，E₀为起晕场强，E为电场强度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

修正单元，用于利用所述电场数值模拟模型对线-板式电除尘器的电场进行数值模拟，并根据模拟结果与试验结果之间的偏差修正所述电场数值模拟模型，直至所述偏差低于预设值。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

应用单元，应用修正后的电场数值模拟模型进行电除尘器的电场数值模拟、电除尘器的最优极配型式选取、电除尘器的整体电场数值模拟中的一项或多项。