[发明专利]一种粉尘颗粒群电场荷电数学模型构建方法

说明书

本发明涉及一种粉尘颗粒群电场荷电数学模型构建方法，属于粉尘监测技术领域。该方法包括：S1：根据粉尘颗粒典型电场荷电数学模型和粉尘颗粒的形状，计算得到粉尘颗粒的质量和荷质比；S2：根据粉尘颗粒群的细度，分别按直径、面积、体积或Sauter平均，求得粉尘颗粒群的电荷量；S3：根据粉尘颗粒质量，求得粉尘颗粒群的质量；S4：根据粉尘颗粒群的质量和电荷量，求得粉尘颗粒群不同维度球体下，分别按直径、面积、体积或Sauter平均的荷质比。本发明主要针对2.5um以上的颗粒物进行电场荷电数学模型构建，得到更精准的粉尘颗粒群的荷质比，能够提高粉尘连续监测的精度。

技术领域

本发明属于粉尘监测技术领域，涉及一种粉尘颗粒群电场荷电数学模型构建方法。

背景技术

目前适用于长时间连续监测粉尘浓度的方法是光散射法、静电电荷感应法以及基于主动荷电的电荷感应法。但光散射法的致命弱点是光学器件易被粉尘污染导致测试结果不可靠^[14-15]，而静电电荷感应法也存在缺陷：粉尘自身的静电量低、易受外部环境影响且电荷极性不稳定、信号拾取及处理非常难，导致其粉尘浓度监测时精度较低。相较之下，基于主动荷电的电荷感应法具有监测精度更高的优势。但由于对主动荷电的影响因素：粉尘物性、环境参数、荷电电场强度等没有开展系统的深入研究，这种对粉尘浓度的测试方法在我国未见报道。亟需开展主动荷电的研究工作，解决目前长时间连续监测粉尘浓度的问题，使粉尘浓度监测范围大、测试精度更高。

根据文献，目前国际较先进的设备——荷电低压冲击器，能实时测量粒径范围在6纳米至 10微米间的粒子分布和浓度。虽然国外学者已开发出最新主动荷电的设备，但只针对于6纳米至10微米间的粒子，对于空气动力学直径≤75μm的粉尘国内外均没有相关的主动荷电的监测仪器。同时，针对粉尘特性研究也多集中于除尘方面，而不是粉尘监测。

针对粉尘主动荷电特性研究处于起步阶段的现状，常见的经理理论模型都是假设一个颗粒的荷电，而在现实中颗粒物是以成群的方式出现，因此，亟需一种能反应实际粉尘颗粒群的电场荷电数学模型构建方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种粉尘颗粒群(主要针对2.5um以上的颗粒物)电场荷电数学模型构建方法，得到更精准的粉尘颗粒群的荷质比，从而提高粉尘连续监测的精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种粉尘颗粒群电场荷电数学模型构建方法，具体包括以下步骤：

S1：根据粉尘颗粒典型电场荷电数学模型和粉尘颗粒的形状，计算得到粉尘颗粒的质量和荷质比；

S2：根据粉尘颗粒群的细度，分别按直径、面积、体积或Sauter平均，求得粉尘颗粒群的电荷量；

S3：根据粉尘颗粒质量，求得粉尘颗粒群的质量；

S4：根据粉尘颗粒群的质量和电荷量，求得粉尘颗粒群不同维度球体下，分别按直径、面积、体积或Sauter平均的荷质比。

进一步，所述步骤S1具体包括：假设粉尘颗粒为球形，根据粉尘颗粒典型电场荷电数学模型，分为以下两种情况：

1)粉尘颗粒为三维球体，粉尘颗粒质量和荷质比为：

2)粉尘颗粒为N维球体，粉尘颗粒质量和荷质比为：

其中，d_p为粉尘颗粒直径，ε₀为自由空间的介电常数，E₀为匀强电场强度，ρ为球体密度为球体密度，q为粉尘荷电量，m为粉尘主动荷电质量，t为荷电时间，τ为荷电时间常数，ε为介电常数值；Γ(·)为伽玛函数(Gamma函数)，也叫欧拉第二积分，是阶乘函数在实数与复数上扩展的一类函数。