NGHIÊN cứu TÍNH TOÁN VÀ mô PHỎNG QUÁ TRÌNH NẠP điện CHO MUỘI TRONG bầu LỌC TĨNH điện DÙNG để xử LÝ KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG cơ TÀU THỦY

Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA MÁY TÀU BIỂN

THUYẾT MINH
ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NẠP
ĐIỆN CHO MUỘI TRONG BẦU LỌC TĨNH ĐIỆN DÙNG ĐỂ XỬ LY
KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG CƠ TÀU THỦY
Thành viên tham gia:
1. Phạm Trung Nam Lớp: MKT53-ĐH2
2. Lưu Minh Tân Lớp: MKT53-ĐH2
3. Bùi Văn Hiệp Lớp: MKT53-ĐH2
Đơn vị : Khoa Máy Tàu Biển
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Hồng Hà

Hải Phòng, 2016
Khoa Máy Tàu Biển

Page 1


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong nghiên cứu là trung thực. Tôi xin cam đoan rằng các
thông tin trích dẫn trong nghiên cứu khoa học đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Khoa Máy Tàu Biển

Page 2


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016
LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu khoa học được hoàn thành năm 2016 tại trường Đại học
Hàng hải Việt Nam. Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu, em đã nhận
được sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè, các thầy cô giáo Khoa Máy Tàu Biển
Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam. Trong đó, không thể không kể đến vai
trò quan trọng của PGS.TS. Trần Hồng Hà, người đã tận tình giúp đỡ em tiến
hành nghiên cứu và hoàn thành bản nghiên cứu này.
Do thời gian nghiên cứu đề tài không dài, kiến thức cũng như nguồn
thông tin còn hạn chế, do vậy đề tài nghiên cứu không tránh khỏi những
thiếu sót nhất định. Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét của
các thầy cô giáo và các bạn học viên để đề tài nghiên cứu được hoàn thiện
hơn.
Xin chân thành cám ơn!

Khoa Máy Tàu Biển

Page 3

Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

MỤC LỤC

Khoa Máy Tàu Biển

Page 4


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - BẢNG BIỂU

Khoa Máy Tàu Biển

Page 5


Số hình

Tên hình

Trang

1.1
Lọc muội khí xả bằng thiết bị phin lọc muội
Đề
tài
nghiên
cứu sinh viên
1.2
Lọc muội khí xả bằng hệ thống tháp phun nước

12

1.3

Lọc muội khí xả bằng thiết bị xử lý xúc tác

14

1.4

Lọc muội khí xả bằng Hệ thống bầu lọc tĩnh điện

15

2.1
Số bảng

Cho
thấy
cách làm việc của một bầu lọc tĩnh điện.
BẢNG

BIỂU
Sự phân bố diện trường từ cực phóng đến ống thu ở
Kết quả của quá trình mô phỏng
-30 kV
Lưuphân
lượng
vận tốc
của phóng
dòng khí
Sự
bốquạt
diệnvà
trường
từ cực
đến ống thu ở
-50kV
Thông số động cơ
Sự phân bố diện trường từ cực phóng đến ống thu ở
-70kV
cho thấy cường độ điện trường giữa cực phóng và
ống thu ở -30 kV.

2-1
2.2
2-2
2.3
3-1
2.4
2.5
2.6

Cường độ điện trường (V/m) tại -50kV

2.7

Cường độ điện trường (V/m) tại -70kV

2.8

Sự phân bố đường sức điện

2.9

Phân bố áp suất với D = 165 mm

2.10

Phân bố vận tốc với D = 165 mm

2.11

Phân bố áp suất với D = 140 mm

2.12

Phân bố vận tốc với D = 140 mm

2.13

Phân bố áp suất với D = 120 mm

2.14

Phân bố vận tốc với D = 120 mm

2.15

Phân bố áp suất với D = 100 mm

2.16

Phân bố vận tốc với D = 100 mm

2.17

Phân bố áp suất với V = 10 m/s

2.18

Phân bố vận tốc với V = 10 m/s

2.19

Phân bố áp suất với V = 15 m/s

2.20

Phân bố vận tốc với V = 15 m/s

2.21

Phân bố áp suất với V = 20 m/s

2.22

Phân bố vận tốc với V = 20 m/s

2.23

Phân bố áp suất với V = 25 m/s

2.24

Phân bố vận tốc với V = 25 m/s

3.1

Động cơ

3.2

Quạt gió

3.3
BảngBiển
điều khiển
Khoa Máy Tàu
3.4
Cực phóng - ống thu
3.5

Biến áp
3.6

Thiết bị đo độ chênh áp

Page 6

13

4/2016


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu.
Ô nhiễm không khí là một vấn đề cấp thiết của toàn thế giới nói chung
và Việt Nam nói riêng, cùng với việc phát triển của các ngành công nghiệp
vấn đề này đang trở nên khó khăn hơn. Việt Nam là một nước công nghiệp
đang phát triển sẽ kéo theo sự phát triển của các ngành công nghiệp nặng như
xây dựng, khai khoáng, sản xuất giấy, xi măng . . . cùng với đó kéo theo sự
phát triển của các thiết và máy móc công nghiệp. Tuy nhiên đi kèm với đó là
những hệ quả về ô nhiễm môi trường đặc biệt nghiêm trọng. Ô nhiễm không
khí ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sức khỏe của người dân và môi
trường xung quanh do khói muội ô nhiễm trong quá trình sản xuất xả thải ra
môi trường.
Không chỉ vậy, việc xả khí thải của các động cơ diesel tàu thủy trực tiếp
ra môi trường. Cũng góp phần làm cho môi trường không khí càng trở nên ô

nhiễm môi trường. Vấn đề cấp thiết đặt ra là chúng ta cần có những thiết bị
xử lí khí thải của động cơ trước khi thải ra môi trường.
2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài.
Việc nghiên cứu và chế tạo bầu lọc tĩnh điện để xử lí muội trong khí xả
một cách hiệu quả của các động cơ diesel tàu thủy là điều cần thiết.
Khoa Máy Tàu Biển

Page 7


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
Mục tiêu nghiên cứu.
Nghiên cứu, tính toán và mô phỏng quá trình nạp điện cho muội trong
bầu lọc tĩnh điện.
Thử nghiệm áp dụng trên các động cơ diesel thực tế.
Đối tượng nghiên cứu.
Đề tài tập trung nghiên cứu tính toán và mô phỏng quá trình nạp điện
cho muội trong bầu lọc tĩnh điện.
Phạm vi nghiên cứu.
Tính toán và mô phỏng quá trình nạp điện cho muội trong bầu lọc tĩnh
điện.
Thí nghiệm xử lí muội của khí xả động cơ bằng bầu lọc tĩnh điện.
4. Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu.
Tính toán quá trình nạp điện cho muội trong bầu lọc tĩnh điện.
Mô phỏng quá trình nạp điện cho muội trong bầu lọc tĩnh điện.
Thực nghiệm xử lí muội của khí xả động cơ bằng bầu lọc tĩnh điện.

5. Kết quả đạt được của đề tài.
Đã tính toán và mô phỏng quá trình nạp điện cho muội trong bầu lọc
tĩnh điện.
Kết quả của thực nghiệm phù hợp với quá trình mô phỏng.
Hiệu suất lọc bụi đạt được hiệu quả cao.

Khoa Máy Tàu Biển

Page 8


Đề tài nghiên cứu sinh viên

Khoa Máy Tàu Biển

4/2016

Page 9


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN

1.1. Khái niệm về muội và sự hình thành muội trong động cơ diezel
1.1.1. Khái niệm về muội
Muội là kết quả của quá trình cháy không hoàn toàn của động cơ diesel.
Muội có thành phần hóa học bao gồm : NOx, SOx, CO, CnHm …

a. Cơ chế hình thành muội trong quá trình cháy của động cơ Diesel.
Cơ chế tổng quát về sự tạo thành hạt nhân muội ở nhiệt độ thấp và trung
bình. Ở nhiệt độ thấp (<1700K), hydrocarbone thơm có thể sinh ra muội một
cách trực tiếp và nhanh chóng biến thành cấu trúc gần graphite. Khi nhiệt độ
cao hơn 1800K, một cơ chế hình thành muội khác diễn ra chậm hơn và ít
trực tiếp hơn, trước hết qua trung gian những thành phần HC có khối lượng
phân tử nhỏ và sau đó bị polymer hóa thành những phần tử kém bão hòa có
khối lượng phân tử lớn hơn. Đây là các mầm cơ bản để hình thành các hạt
nhân muội.
Theo Borghi, sự hình thành muội qua trung gian các aromatics được
viết như sau:
Aromatic→(khử hydro) →Alcanes (CH4, C2H6...)
Alcolyles

(CH3.,C2H5....)→Alcenes

→Các gốc

(C2H4)→Alcynes

(C2H2)→(khửhydro)→
Các gốc C2H. Và sau đó : C2H.+C2H2→ C4H2 + H.
C2H và Diacetylene C4H2 l ại tiếp tục tác dụng với nhau và cơ chế tiếp
tục kéo dài. Ở mỗi một chu trình đều có sự tham gia của C2H.
b. Những ảnh hưởng của muội tới môi trường và con người
Nhìn chung tổng lượng muội trong động cơ chỉ khoảng 1miligam/1gam
nhiên liệu tiêu thụ và không phụ thuộc vào điều kiện vận hành. Mặc dù khối
lượng này khá nhỏ nhưng cần phải quan tâm vì các lý do sau:
Khoa Máy Tàu Biển

Page 10


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

Sự góp phần của chúng trong tổng lượng các hạt lơ lửng trong các đô
thị, chúng co liên quan tới các bệnh về đường hô hấp (hen xuyễn, viêm phế
quản,viêm cơ phổi..).
Khả năng có thể gây bệnh ung thư và đột biến gen của các hợp chất hữu
cơ bị hấp thụ trong muội.
Thực tế trong tất cả các loại bụi có trong không khí, muội là loại có kích
thước hạt dễ bị giữ lại nhiều nhất, với thời gian lâu nhất trong hệ thống hô
hấp. Các hạt muội có khả năng làm rối loạn hệ hô hấp và tạo điều kiện thuận
lợi cho các tác động ung thư từ các chất khác. Muội còn gây tổn thương mắt,
dị ứng mũi. . . và cũng có khả năng gây ung thư da nếu tiếp xúc liên tục.
Một số nghiên cứu cho thấy hạt muội đi qua đường mũi, đường miệng làm
tăng khả năng tụ máu và do đó dễ gây tác động tới hoạt đông của hệ tim
mạch, gây tắc nghẽn động mạch…
Cho đến năm 1930, tác nhân chính gậy ung thư trong muội là các
hidrocacbon thơm nhiều nhân (PHA) đã được xác định. Những nghiên cứu
chuyên sâu về muội chỉ thực sự phát triển từ những năm 1970 nhờ kỹ thuật
quang học để khảo sát quá trình tạo thành muội trong buồng cháy.
1.1.2. Các thiết bị xử lý muội hiện đang sử dụng trong nước và nước
ngoài. Phân tích ưu nhược điểm của các thiết bị đo
Các thiết bị xử lý muội hiện đang sử dụng trong nước và nước ngoài

a. Phin lọc muội

Khoa Máy Tàu Biển

Page 11


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

Hình 1.1. Lọc muội khí xả bằng thiết bị phin lọc muội
- Ưu điểm :
Kết cấu đơn giản.
Lọc được các hạt muội có kích thước nhỏ.
- Nhược điểm :
Tăng sức cản trên đường xả.
Thường xuyển phải vệ sinh.
b. Tháp phun nước

Hình 1.2. Lọc muội khí xả bằng hệ thống tháp phun nước
- Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản
Xử lý được lượng khí xả lớn
Khoa Máy Tàu Biển

Page 12


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

Không tạo sức cản của
- Nhược điểm:
Không lọc được các hạt muội nhỏ.
Cần thêm thiết bị xử lý nước, cấp nước.
Khó lắp đặt.
c. Thiết bị xử lý xúc tác

Hình 1.3. Lọc muội khí xả bằng thiết bị xử lý xúc tác
- Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản.
Lọc được lớn muội.
- Nhược điểm:
Giá thành cao.
Độ chênh áp lớn.
Độc hại do phải dung hóa chất để đốt.
Cần có chất xúc tác để lọc muội.

Khoa Máy Tàu Biển

Page 13


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

d. Hệ thống bầu lọc tĩnh điện

Hình 1.4. Lọc muội khí xả bằng Hệ thống bầu lọc tĩnh điện

Hệ thống bầu lọc tĩnh điện là một phương pháp hiệu quả để kiểm soát
khí thải của các ngành công nghiệp nói chung và khí xả của động cơ diesel
nói riêng. Nó được thiết kế để giữ lại và loại bỏ các hạt muội từ dòng khí
thải bằng cách sử dụng lực điện trường.
Chúng ta sử dụng hệ thống bầu lọc tĩnh điện nhằm giảm thiểu ô nhiễm
khí thải vào bầu khí quyển. Hệ thống Bầu lọc tĩnh điện có thể loại bỏ hơn
99% của các hạt muội trong khí thải, mà không cần phải dùng một bộ lọc
không khí khác.
Hệ thống bầu lọc tĩnh điện chủ yếu được sử dụng trong quá trình công
nghiệp sau đây.
1. Nhà máynhiệt điện sử dụng than
2. Xi măng
3. Hóa học
4. Kim loại
5. Giấy
6. Khí thải của động cơ diesel.
Khoa Máy Tàu Biển

Page 14


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

Trong nhiều nhà máy công nghiệp, các hạt muội được tạo ra trong quá
trình sản xuất được xử lý như muội trong khí thải động cơ. Các hạt muội
trong dòng khí đưa qua một vùng tích điện và được hút vào các ống thu,
dòng khí được làm sạch sau đó đi ra khỏi thiết bị vào khí quyển
b. Ưu điểm của quá trình lắng bằng tĩnh điện

Hệ thống bầu lọc tĩnh điện có khả năng xử lý khối lượng lớn khí thải ở
nhiệt độ cao, nếu cần thiết, với sự sụt giảm áp suất nhỏ hợp lý, và việc loại
bỏ các hạt trong phạm vi micromet. Bầu lọc tĩnh điện thường đạt hiệu quả
99,9% .
" Hệ thống bầu lọc tĩnh điện
1. Có thể xử lý tất cả các hạt muội có kích khac nhau.
2. Có thể hoạt động ở nhiệt độ lên đến 850 0C.
3. Có thể hoạt động ở dòng khí bão hòa.
4. Có lượng sụt áp thấp.
5. Thời gian làm việc lâu dài.
6. Công suất tiêu thụ điện thấp"

Khoa Máy Tàu Biển

Page 15


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

CHƯƠNG 2
CƠ SƠ LY THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH
NẠP TĨNH ĐIỆN CHO MUỘI TRONG BẦU LỌC TĨNH ĐIỆN
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán
2.1.1. Nguyên lý làm việc của bầu lọc tĩnh điện
“Hệ thống bầu lọc tĩnh điện là một thiết bị sử dụng lực điện trường để
lọc muội. Các hạt muội được tích điện nhờ các ion có trong trường điện từ.
Cực thu hút các hạt muội mang điện. Cực phóng luôn được duy trì ở mức
điện áp cao.”

Khi các hạt này được hút vào các ống thu, hạt muội sẽ được loại bỏ khỏi
các ống thu. Điều này thường được thực hiện bằng cách rửa, cạo, gõ ống
thu, cho phép các lớp hạt muội rơi xuống một phễu từ đó chúng ta loại bỏ
chúng đi.
Để thực hiện các hoạt động trên và lọc hiệu quả của các hạt muội từ
dòng khí xả trong bầu lọc tĩnh điện kết cấu một thiết bị nói chung là giống
nhau cho tất cả các cực phóng và ống thu của bầu lọc tĩnh điện nhưng kích
thước của nó và khả năng làm việc phụ thuộc vào các loại khí thải, khối
lượng khí, kích thước của các hạt rắn và đặc điểm muội.
Bầu lọc tĩnh điện được sử dụng trong một loạt các ứng dụng công
nghiệp bao gồm cả than đốt lò hơi, lò nung xi măng, nhà máy giấy, lọc dầu,
lò ôxy, lò hồ quang điện và thủy tinh...
Trong một cực phóng và ống thu của bầu lọc tĩnh điện, dòng khí chảy
giữa các ống thu và cực phóng có điện áp cao. Những điện cực là dây gai và
treo giữa các ống thu hoặc được hỗ trợ bởi các cấu trúc khung cứng. Trong
mỗi dòng chảy, lưu lượng khí phải vượt qua từng điện cực theo thứ tự.
Bầu lọc tĩnh điện cho phép nhiều dòng lưu lượng cao có thể hoạt động
song song. Đây là lý do mà các thiết bị bầu lọc tĩnh điện rất thích hợp để sử
dụng làm sạch khối lượng khí lớn. Và hãy nhớ, cần phải rửa các ống thu để
Khoa Máy Tàu Biển

Page 16


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

loại bỏ các hạt muội từ các ống thu, thường là ba hoặc bốn ống thu, tùy loại
có thể được rửa theo cụm hoặc rửa độc lập. Khi cung cấp nguồn điện

thường được tiến hành một cách đồng thời để tăng độ tin cậy. Muội được
nạp vào qua bầu lọc tĩnh điện và phải được loại bỏ theo định kỳ.
Làm việc của một Hệ thống bầu lọc tĩnh điện

Làm việc của thiết bị bầu lọc tĩnh điện yêu cầu một giá trị cao của dải
điện áp DC được cung cấp tới điện cực phóng. Các nguồn cung cấp điện cho
bầu lọc tĩnh điện được chuyển đổi từ điện áp xoay chiều công nghiệp (220480 V) sang điện áp DC trong khoảnggiá trị điện áp từ 20.000 V đến
100.000 V theo yêu cầu. Hệ thống có chứa một biến áp, chỉnh lưu điện áp
cao, và đôi khi tụ lọc. Bầu lọc tĩnh điện có thể cung cấp một trong hai nửa
sóng hoặc toàn bộ sóng điện áp DC có điều chỉnh. Có những thành phần phụ
trợ và kiểm soát để cho phép điện áp được điều chỉnh đến mức cao nhất có
thể mà không phát ra tia lửa điện quá mức và để bảo vệ các nguồn cung cấp
và các điện cực khi xảy ra hiện tượng hồ quang điện hoặc ngắn xảy ra mạch.
Điện áp đưa vào các điện cực làm cho không khí giữa các điện cực
phóng bị ion hóa. Ion hóa này gây ra một sự phóng điện. Phóng điện xảy ra
khi không khí xung quanh một dây dẫn ion hóa. Các cường độ trường điện
phải đủ lớn để gây ra sự ion hóa. Các điện cực thường có một khoảng phóng
điện, một điện áp cao hơn so với sự phóng điện có thể đẫn đến phát ra tia
lửa. Các ion được tạo ra trong quá trình phóng điện theo đường sức điện, từ
các cực phóng đến các ống thu. Vì vậy, mỗi cực phóng thiết lập một khu
vực nạp mà các hạt muội phải vượt qua.
Tại bất kỳ điện áp đặt nào cũng tồn tại một điện trường trong không
gian của các điện cực. Đối với điện áp đặt ít hơn một giá trị gọi là "điện áp
đặt ban đầu ", tạo thành một khu vực được tích điện. Khi giá trị của điện áp
đặt tăng cao hơn so với điện áp đặt điện ban đầu, dòng khí xả gần điện cực

Khoa Máy Tàu Biển

Page 17

Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

bị ion hóa. Ion hóa này được gọi là sự phóng điện, xuất hiện trong dòng khí
thải như là một khu vực có tính nhiễm điện cao.
Để bắt đầu sự phóng điện, phải có sẵn các electron tự do trong khu vực
xung quanh điện cực phóng. Trong trường hợp điện cực âm, các electron tự
do có năng lượng từ trường tạo ra các ion dương và các electron khác do va
chạm. Các phần tử mới đang lần lượt tăng tốc và tạo ion hóa hơn nữa, do đó
dẫn đến một quá trình tích lũy được gọi là một trường electron.
Khi các hạt ion hoá vượt qua mỗi điện cực phóng thì được định hướng
gần, sát hơn với các ống thu. Những bất ổn trong dòng khí thải, tuy nhiên,
chúng có xu hướng tạo dòng cho hỗn hợp khí xả. Vì vậy quá trình lọc là một
cuộc cạnh tranh giữa các lực điện trường và sự phân tán, cuối cùng các hạt
muội tiến đủ gần tới các ống thu để giảm xuống mức thấp nhất các nhiễu
loạn các hạt trong dòng khí thải, và các hạt muội được hút vào ống thu.

Hình 2-1. Cho thấy cách làm việc của một bầu lọc tĩnh điện.
2.1.2. Cơ sở tính toán
Các hoạt động bầu lọc tĩnh điện gồm nhiều quá trình. Để hiểu rõ về các
lý thuyết của bầu lọc tĩnh điện, các quá trình được mô tả dưới đây. Các hoạt
động chính của bầu lọc tĩnh điện là việc nạp điện cho các hạt muội và thu lại
các hạt muội tới các ống thu.

Khoa Máy Tàu Biển

Page 18

Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

Các phần dưới đây sẽ giải thích các quá trình khác nhau về mặt lý thuyết
:
-

Cấp điện áp một chiều.
Nạp điện cho muội
Vận tốc chuyển động của các hạt muội trong trường điện.
Hiệu suất bầu lọc tĩnh điện.

2.1.2.a. Cấp điện áp một chiều
Việc điều chỉnh điểm tích điện cho một bầu lọc tĩnh điện là điều chỉnh
điện áp và dòng điện. Kết quả của sự phóng điện phụ thuộc vào các cực
phóng. Vì vậy toàn bộ quá trình hoạt động của bầu lọc tĩnh điện phụ thuộc
chủ yếu vào điện áp.
Các mối quan hệ của dòng điện phóng cho một bầu lọc tĩnh điện là
I = AV ( V-Vc),
(2.1)
Trong đó
A : Hằng số;
Vc: Điện áp đặt ban đầu;
I : Cường độ dòng điện;
V : Điện áp đặt.
Tại mỗi điện cực d > 5×10 -2 m, điện áp ban đầu để phóng điện âm là 15
kV với d là khoảng cách giữa các cực trong (cm).
Điện trường của việc phóng điện được xác định bằng thực

nghiệm. Các mối quan hệ của điện trường là
(2.2)
Trong đó
Ec: Trường phóng điện ở bề mặt dây (V/m);
dr:

Mật độ không khí tương đối;

rω:

Bán kính của dây(m);

Khoa Máy Tàu Biển

Page 19


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

Ec là trường phóng điện được yêu cầu để có sự phóng điện. Các mức
điện áp phải phù hợp cho từng loại cực phóng để có được phạm vi phóng
điện,Vc được xác định bởi mối quan hệ.
(2.3)
Trong đó
Vc: Điện áp phóng ban đầu (V);
d : Khoảng cách giữa cực phóng và ống thu(m).
Điện áp đạt giá trị này sẽ không xảy ra sự phóng điện. Mật độ dòng
điện tối đa trên tấm của dây là

,

(2.4)

Trong đó
: Mật độ dòng điện(A/m2);
µ: Độ nhớt của dòng khí (m2/Vs);
V: Điện áp cấp;
L: Khoảng cách ngắn nhất từ dây đến ống thu.
Điện trường giữa các ống thu và cực phóng tăng với sự gia tăng điện áp
cấp. Khi điện trường tăng cao mà vẫn tiếp tục tăng điện áp sẽ tạo ra tia lửa
điện. Các giá trị có mối quan hệ :
(2.5)
Trong đó
Es: Cường độ điện trường(V/m);
T: Nhiệt độ tuyệt đối (K);
P: Áp suất khí (atm).
2.1.2.b. Nạp điện cho muội.
Tích điện cho hạt là quá trình quan trọng của bầu lọc tĩnh điện.
Các hạt muội được tích điện bởi sự liên kết của các ion được tạo ra

Khoa Máy Tàu Biển

Page 20


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

bởi quá trình phóng điện. Những ion có thể được tạo ra thông qua 2
phương pháp là điện trường hoặc khuyếch tán. Các hạt được tích điện
nhờ các ion chuyển động trong dòng điện trường được gọi là vùng
tích điện. Các hạt có kích thước lớn ≥ 2 µm thì nạp điện cho muội
bằng phương pháp điện trường, còn các hạt có kích thước nhỏ hơn ≤
0.2 µm thì nạp điện cho muội bằng phương pháp khuyếch tán.

Điện tích của các hạt muội hình cầu được tính:
(2.6)
(2.7)
(2.8)
Trong đó
q∞: Điện tích bão hòa ( C);
t : Thời gian nạp điện cho muội (s);
τ: Hằng số thời gian trường tĩnh điện (s);
ε0: Hằng số điện môi chân không; 8.85×10-12F/m;
εs : Hằng số điện môi của môi trường thí nghiệm;
dp : Đường kính hạt muội (m);
E :Cường độ điện trường (V/m);
J : Mật độ dòng điện (A/m2).

Cá c q∞ điện tích bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ điện trường. Thời
gian τ tỉ lệ nghịch với mật độ dòng điện J. Vì vây, để tích điện nhiều hơn,
E và J cũng phải cao.
Điện tích nạp của phương pháp khuyếch tán, được thể hiện như :
(2.9)
(2.10)
(2.11)
Khoa Máy Tàu Biển

Page 21


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016
(2.12)

Trong đó
: Hằng số điện tích (C);
: Hằng số thời gian khuyếch tán tĩnh điện ( s);
K : Hằng số Boltzmann ≈ 1.38×10-23j/K;
T : Nhiệt độ ( K);
E: Điện tích điện tử ≈ 1.6 × 10-19C;
Ci: Vận tốc truyền nhiệt của ion(m/s);
ni : Mật độ số lượng của các ion trong không gian (m-3);
mi: Khối lượng ion(kg);
µi: Độ dịch chuyển ion (Vm/s2);
E: Cường độ điện trường (V/m);
J : Mật độ dòng điện (A/m2);
2.1.2.c. Vận tốc chuyển động của các hạt muội trong điện trường
Vận tốc di chuyển là vận tốc của các hạt muội khi chuyển động về phía
ống thu.
Các lực Culonb tác dụng lên một hạt điện tích trong điện trường:
F =qE

(2.13)

Trong đó
F: Lực coulonb (N);

q: Điện tích dương (C );
E: Lực điện trường (V/m).
Các lực trên tác dụng lên hạt tích điện dịch chuyển bởi:
(2.14)

Khoa Máy Tàu Biển

Page 22


Đề tài nghiên cứu sinh viên

4/2016

Trong đó, ωe là vận tốc của các hạt muội được tích điện chuyển động về
phía ống thu.
(2.15)

Khoa Máy Tàu Biển

Page 23


Đề tài nghiên cứu sinh viên
(2.16)

4-2016

(2.17)
Trong đó

e: Vận tốc dịch chuyển của hạt muội (m/s);
µ: Độ nhớt của dòng khí (Pas);
dp: Đường kính hạt muội (m);
Cm: Yếu tố điều chỉnh Cuning;
: Khoảng cách di chuyển tự do trung bình của phần tử khí(m);
T: Nhiệt độ (K);
P: Là áp suất (Pa);
= 0.07 µm cho không khí ở áp suất 1atm và nhiệt độ phòng (300 0K).
Đối với một phạm vi điện trường, vận tốc di chuyển được viết như:
(2.18)
Vận tốc di chuyển tỉ lệ thuận với đường kính hạt dp và với bình phương
cường độ điện trường E2.
Sự dịch chuyển của các hạt muội trong trường tích điện là :
(2.19)
(2.20)
2.1.2.d. Hiệu suất của bầu lọc tĩnh điện.
Hiệu suất thu của một bầu lọc tĩnh điện, η được tính bởi,
(2.21)
(2.22)
Trong đó
: Vận tốc di chuyển của các hạt muội (m/s);
Khoa Máy Tàu Biển

Page 24


Đề tài nghiên cứu sinh viên
f = A/Q: Phạm vi hút cụ thể (s/m);

4-2016

A: Diện tích của các ống thu (m2);
Q: Lưu tốc khí(m3/s).
Hiệu suất thu bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau đây:
Kết cấu hình học của ống thu.
Đặc điểm của hạt muội.
Hiệu suất thu cũng có thể tìm thấy mối quan hệ này:
(2.23)
Trong đó:
L: Chiều dài ống thu (m);
Vo: Vận tốc dòng khí (m/s);
b : Khoảng cách giữa các cực phóng và ống thu (m);
K: Hệ số hiệu chỉnh xác định bằng phép đo thực tế.
(2.24)
t0 được gọi là thời gian các hạt muội di chuyển trong ống và υ o là vận tốc
dòng khí xả. Đây là những yếu tố quan trọng để xác định hiệu suất thu của
một bầu lọc tĩnh điện. Bằng cách thay đổi thời gian các hạt muội di chuyển
trong ống theo mối quan hệ trên, ta có:
(2.25)
Xét đến ảnh hưởng của điện áp và hiệu suất thu ta có mối quan hệ sau
đây:
(2.26)
Trong mộ t số ứ ng dụng công nghiệp giá trị của n được sử dụng
là 2. Làm cho hiệ u suấ t thu củ a mộ t bầu lọc tĩnh điện đạt cao hơn được
khi hoạt động ở điện áp tối đa có sẵn.
Khoa Máy Tàu Biển

Page 25