6 Электронно-ионные технологии План лекции 1 Сущность

6 Электронно-ионные технологии

План лекции 1. Сущность ЭИТ. Основные области применения ЭИТ в СХП 2. Физические процессы в электрических полях с заряженными частицами 2. 1. Характеристики и методы исследования электрических полей 2. 2. Коронный разряд и его характеристика 2. 3. Способы зарядки частиц

1 Сущность электронноионной технологии ЭИТ –область электротехнологии, основанная на воздействии сильных электрических полей на заряженные частицы с целью придания им упорядоченного и целенаправленного движения для осуществления определенного технологического процесса

Действующим электрическим фактором, своего рода рабочим органом в аппаратах ЭИТ являются сильные электрические поля (напряженность более 100 к. В/м). Как правило, применяют постоянные электрические поля: ¡ электростатическое поле ¡ и поле коронного разряда.

Объектами обработки служат материалы, представляющие собой совокупность отдельных частиц размером от микрометра до десятков миллиметров (пыль, порошки, суспензии, зерна, семена, волокна и т. п. ).

Основные области применения ЭИТ в СХП ¡ ¡ ¡ Очистка и сортировка зерна, семян, их дозирование и смешивание Осаждение пыли и микроорганизмов из воздуха Нанесение ядохимикатов на семена и растения

¡ Распыление лекарственных препаратов ¡ Электроокраска ¡ Предпосевная и предпосадочная обработка семян и растений ¡ Искусственная ионизация среды, озонирование воздуха в помещениях

2 Физические процессы в электрических полях с заряженными частицами 2. 1 Характеристики и методы исследования электрических полей Основные стадии процессов ЭИТ: Зарядка частиц материала в электрическом поле ¡ Движение заряженных частиц в электрическом поле ¡ Формирование готового продукта ¡ Подача материала ¡

Действия электрического поля ¡ Ориентирование частиц ¡ Упорядочение, регулирование движения частиц ¡ Разделение и осаждение в соответствии с приобретенным зарядом

Классификация электрических полей: По конфигурации (плоскопараллельные, плоскомеридианные, трехмерные) ¡ По наличию объемных зарядов (электростатические однородные, с объемными зарядами, в частности коронные) ¡ По роду тока (переменного и постоянного) - униполярные - биполярные ¡

Плоскопараллельные поля Поля, в которых распределение потенциала зависит от расстояния до электродов, и проведении секущей плоскости, нормальной к их образующим поверхностям, эквипотенциальные линии имеют вид прямых, параллельных образующим Примеры: - поля коаксиальных цилиндров - система провод, параллельный плоскости - Провод между плоскостями - Ряд проводов над плоскостью и т. п. ¡

Плоскомеридианные поля Поля, образованные электродами, имеющими форму тел вращения с общей осью. Параметры таких полей определяются двумя цилиндрическими координатами Примеры: - Поля концентрических шаров - Система «шар-плоскость» - Система «игла-плоскость» и т. п. ¡

Трехмерные поля Поля, созданные сложными системами электродов, параметры которых определяются тремя координатами Примеры: - система «равноотстоящие шары» - системы «иглы над плоскостью» - система «игольчатые электроды»

Некоторые системы электродов для создания поля коронного разряда

Методы исследования электрических полей Экспериментальные (методы сеток, электролитических ванн, исследования на проводящей бумаге, измерения с помощью зонда или пробного тела) ¡ Аналитические (методы сеток, интегральных уравнений, конформных отображений, разложения в ряд, численного интегрирования) ¡

Напряженность поля системы коаксиальных цилиндров

Электрическое поле как рабочий орган характеризуется: пространственным распределением (формой) поля ¡ напряженностью поля Е ¡ плотностью тока j ¡ видом вольт-амперной характеристики ¡ характером изменения параметров поля во времени ¡

2. 2 Коронный разряд и его характеристики Коронный разряд (корона) – неполный самостоятельный электрический разряд в газах (воздухе), возникающий в резко неоднородных полях, создаваемых электродами с малыми радиусом закругления, когда размер коронирующего электрода намного меньше размера другого электрода и при напряженности электрического поля близкой к электрической прочности газа

Основные параметры и характеристики коронного разряда пространственное распределение напряженности поля короны (определяется геометрией системы электродов) ¡ начальная напряженность поля и начальное напряжение (зависит от системы электродов, их геометрии и знака потенциала коронирующего электрода) ¡ ВАХ короны ¡ мощность коронного разряда ¡

Вольтамперная характеристика коронирующего разряда

Для проволочных коронирующих электродов начальная напряженность (эмпирическая формула Пика)

Относительная плотность воздуха При Па и Т=293 К =1

Начальное напряжение коронирующего разряда, В А – функция геометрических размеров данной системы электродов

ВАХ коронирующего разряда при - линейная плотность тока коронирующего электрода, А/м - подвижность ионов, - функция напряжения и геометрического параметра данной электродной системы,

Формулы напряженности поля и объемной плотности зарядов

Для системы провод – плоскость -расстояние от провода до текущей точки центральной силовой линии

2. 3 Способы зарядки частиц Ионная (чаще в поле коронного разряда) ¡ Контактная (на электроде в электрическом поле) ¡ Комбинированная (на электроде и ионная) ¡ Индукционно-поляризационная ¡ Электризацией (механической, химической или тепловой) ¡

Ионная зарядка Происходит в результате осаждения ионов из объема газов, окружающего частицу, на ее поверхности. Для этого часто используют униполярный коронный разряд. Ионы сталкиваются с частицами, осаждаются на них, сообщая избыточный заряд того же знака что и коронирующий электрод.

Преимущество ионной зарядки в универсальности. Ее действие распространяется на проводящие и непроводящие частицы и на взвешенные в потоке воздуха или газа

Максимальный заряд частицы При ориентировании большой оси : - вдоль поля - поперек поля

, - коэф. деполяризации эллипсоида (степень искажения поля вдоль оси) Для сферической частицы

Зарядка на электроде (контактная) (только для проводящих частиц) Происходит в результате перехода свободного заряда под действием поля с электрода на частицу и наоборот. Знак заряда совпадает со знаком потенциала электрода. Предельный заряд сферической частицы

Совмещенная зарядка на электроде с ионной Частица находится на некоронирующем электроде в поле коронного разряда Частицы с высоким сопротивлением получают заряд знака короны, а частицы с высокой проводимостью получают заряд от электродов

Предельный заряд частицы при совмещенной зарядке - коэффициент, зависящий от размеров и ЭФС частицы в поле коронного разряда

Индукционно-поляризационная зарядка Происходит в поле точечного заряда. Индуцирует на плоскости противоположный по знаку заряд. Между индуцированным зарядом и точечным возникает сила притяжения – сила зеркального отображения