吳仲偉 夏金兵 時惜今

1.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，合肥，2300092.德克薩斯A&M大學(xué)機(jī)械工程系，卡城，77843

0 引言

目前大型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)主要采用焊接方式完成。在焊接高溫作用下會產(chǎn)生大量煙塵，尤其是直徑在0.1～10 μm之間的微細(xì)有毒煙塵顆粒對操作人員的健康危害極大，將嚴(yán)重影響企業(yè)正常生產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展。目前使用的車間通風(fēng)除塵方式成本高、能耗大、效果差、效率低，為保護(hù)操作者的身體健康和優(yōu)化作業(yè)環(huán)境，開展除塵原理及其關(guān)鍵技術(shù)研究，設(shè)計高效除塵設(shè)備迫在眉睫。

PARK等[1]采用對流/擴(kuò)散方程的數(shù)值解法研究了帶電粒子在靜電除塵器中的運(yùn)動規(guī)律，實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果表明：增大湍流擴(kuò)散系數(shù)可提高除塵過程初期的微細(xì)顆粒收集效率。HAQUE等[2]依據(jù)計算流體力學(xué)對線-板狀靜電除塵器進(jìn)行建模，利用Navier-Stokes雷諾平均方程及k-ε湍流模型模擬氣流流動規(guī)律，通過增設(shè)耦合系統(tǒng)來求解靜電除塵器結(jié)構(gòu)參數(shù)對電場的影響，并利用離散相模型來分析顆粒相，最終得到了內(nèi)部模擬數(shù)據(jù)并由實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得驗(yàn)證。NIKAS等[3]采用數(shù)值模擬方法研究了靜電除塵原理，并應(yīng)用k-ω湍流模型研究了靜電場中帶電粒子的動力學(xué)規(guī)律，討論了電壓對除塵效率的影響。TALAIE等[4]模擬了電場強(qiáng)度及特性曲線，預(yù)測了粒子運(yùn)動，分析了電暈鞘半徑隨電壓加載的變化情況，得到了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的結(jié)果。JIANG等[5]針對現(xiàn)有靜電除塵器凈化效率較低的問題，提出了采用脈沖等離子體技術(shù)的除塵方案，通過對比選擇適當(dāng)頻率的高壓脈沖直流電源，得到了最佳峰值電壓，并提高了除塵效率。高得力等[6]在低雷諾數(shù)值下對靜電除塵器進(jìn)行了仿真，建立了低濃度氣固兩相流歐拉-拉格朗日混合湍流模型，同時對不同流速、線電壓及粒徑下的除塵效果進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了其模型的準(zhǔn)確性。陳匯龍等[7]對感應(yīng)荷電噴霧中噴嘴與環(huán)狀電極的靜電場進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了靜電場的分布特性，他們發(fā)現(xiàn)在較高電壓及較小電極間距下，可獲得較好的感應(yīng)荷電噴霧效果。劉功智等[8]采用雙極不對稱荷電增強(qiáng)方式來提高過濾除塵器對呼吸性粉塵的集塵效率。

目前國內(nèi)外對除塵技術(shù)及其設(shè)備所開展的理論研究和除塵設(shè)備的設(shè)計工作側(cè)重于煙塵大面積擴(kuò)散后污染的治理，但治理成本過高，凈化除塵效果并不理想，且占用空間，影響作業(yè)；此外，上述研究多為理論模型的分析與計算，有關(guān)等離子體除塵設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工藝參數(shù)對除塵效果影響方面的應(yīng)用研究較少，從而導(dǎo)致等離子體除塵方式在焊接工程領(lǐng)域得不到有效的推廣和應(yīng)用。

針對上述問題，本文提出了實(shí)時追蹤焊接煙塵源并就地凈化的多級除塵工藝，設(shè)計了適用于工程實(shí)際的小型化等離子體除塵裝置，開展了對煙塵顆粒的流動特性及捕獲過程的研究工作，對設(shè)計的除塵裝置進(jìn)行了荷電計算與三維電場分析，以確定合理的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，研究了煙塵顆粒在電場中的運(yùn)動規(guī)律，利用多物理場耦合軟件COMSOL對焊接煙塵粒子運(yùn)動軌跡及其變化規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，討論了不同初始條件對焊接煙塵吸附性能的影響，以獲取顯著的凈化效果。

1 除塵原理

1.1 除塵工藝與整體裝置

本文采用了吸塵-濾塵-荷電-除塵的焊接煙塵多級凈化工藝，設(shè)計了以等離子體除塵為主的一體化除塵裝置，如圖1所示。一級三相無刷風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，使焊接產(chǎn)生的有毒煙塵由集氣吸塵罩吸入濾袋式除塵裝置，集氣吸塵罩通過活動接頭與過濾式除塵裝置相連接，集氣吸塵罩可實(shí)現(xiàn)多角度的轉(zhuǎn)動；除塵裝置安裝在焊接機(jī)器人上，并同步運(yùn)動，追蹤焊接煙塵源，集中吸入焊接煙塵；過濾式除塵裝置采用導(dǎo)氣管輸送煙塵，蜂窩過濾器利用過濾片的摩擦吸附作用對吸入的大顆粒煙塵進(jìn)行粗過濾，以清除大顆粒煙塵(平均粒徑dp≥10 μm)；微細(xì)有毒煙塵顆粒(dp在0.1～10 μm之間)采用等離子體靜電吸附除塵方式進(jìn)行吸附處理，等離子體發(fā)生裝置的針狀鎢絲電極對過濾后的煙塵微粒進(jìn)行電暈荷電，鎢絲電極固定安裝在基座上；后置的等離子體靜電吸附裝置用于吸附煙塵微粒；最后經(jīng)過二級三相無刷風(fēng)機(jī)排出潔凈空氣，以實(shí)現(xiàn)對焊接有毒煙塵的凈化。

(a)焊接煙塵多級凈化工藝

(b)整體除塵裝置圖1 除塵工藝及其裝置Fig.1 Fume removal process and device

1.2 等離子體除塵裝置設(shè)計

根據(jù)等離子體除塵工藝設(shè)計了平板式等離子體靜電吸附裝置，結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。經(jīng)過預(yù)過濾后的微細(xì)煙塵通過密封銅對絲引導(dǎo)進(jìn)入該裝置內(nèi)，為確保焊接煙塵進(jìn)入電極板間時可達(dá)到理想的驅(qū)進(jìn)速度，設(shè)置前后導(dǎo)流板，使微細(xì)煙塵的流速減小；配置的兩塊長方形電極板分別作為放電極板和集塵極板，放電極板產(chǎn)生靜電將微細(xì)煙塵顆粒吸附在集塵極板上；經(jīng)過凈化的潔凈空氣在通過密封銅對絲后，再采用二級三相無刷風(fēng)機(jī)排出；絕緣板上的螺栓可用于提高密封性和緊固性，且方便拆卸。

圖2 平板式靜電等離子體除塵裝置Fig.2 Flat-panel electrostatic plasma fume removal device

1.3 荷電分析與計算

焊接煙塵粒子在靜電場的作用下會吸附在集塵極板上，因此煙塵粒子在進(jìn)入靜電場之前要通過電暈放電使其自身帶電以實(shí)現(xiàn)吸附，且焊接煙塵粒子的帶電量對粒子在靜電場中的運(yùn)動規(guī)律有重要的影響。在靜電場中，電場荷電和擴(kuò)散荷電都會發(fā)生作用，當(dāng)粒徑dp≥1 μm時，主要為電場荷電；當(dāng)0.4 μm

(1)

(2)

式中，Qf為電場荷電的電荷量，C；ε為粒子相對介電常數(shù)，一般煙塵粒子取ε=5～6；ε0為真空介電常數(shù)，ε0=8.854×10-12F/m；E為荷電電場強(qiáng)度，V/m；t為煙塵粒子在電場中的運(yùn)動時間，s；τq為時間常數(shù)，s；Qd為擴(kuò)散荷電的電荷量，C；kB為玻爾茲曼常數(shù)，kB=1.381×10-23J/K；T為絕對溫度，K；e為電子的電荷量，e=1.6×10-19C；ρe為電荷密度，C/m;μ為氣體的黏滯系數(shù)，Pa·s。

時間常數(shù)τq可用來評價煙塵粒子荷電速度的快慢。當(dāng)t=τq時，導(dǎo)電粒子荷電達(dá)到飽和狀態(tài)電荷量的50%；當(dāng)t=10τq時，導(dǎo)電粒子荷電可達(dá)到飽和狀態(tài)電荷量的91%。在靜電式除塵器中，τq通常為10-3～10-2s，因此當(dāng)t為0.1～1.0 s時，導(dǎo)電粒子荷電即可達(dá)到飽和狀態(tài)電荷量的99%。

假定煙塵粒子很快完成荷電，則式(1)可以轉(zhuǎn)換為

(3)

又考慮到氣體分子平均自由程λ，則可推導(dǎo)出兩種荷電聯(lián)合作用的電荷量表達(dá)式[10]：

(4)

煙塵經(jīng)預(yù)過濾后再進(jìn)入電暈荷電區(qū)的粒徑極小，通常僅攜帶單電荷；選用6根直徑為0.3 mm的針狀鎢絲電極，采用圓周陣列布置形成電場，脈沖電源可產(chǎn)生高能脈沖，使基值電壓維持在電暈電壓附近，同時避免反電暈現(xiàn)象發(fā)生，以確保荷電裝置的荷電效率[10]。采用小型化設(shè)計，脈沖電源電壓為3 kV，保證擊穿電場強(qiáng)度在1×106～2×106V/m范圍內(nèi)，以達(dá)到較為滿意的荷電效果。

利用COMSOL Multiphysics中靜電分析模塊對荷電裝置電極面施加電勢，并設(shè)置絕緣面和零電勢面，獲得三維電場整體分布。如圖3a所示，鎢絲電極周圍已經(jīng)形成了電場，6根鎢絲電極的電場互不影響。如圖3b所示，在鎢絲電極的徑向切面內(nèi)，電場電勢在0～3 kV范圍內(nèi)變化，電極表面的電場電勢為3 kV，且往外電勢迅速減小。為提高煙塵粒子的荷電效率，需增加鎢絲電極圓周分布的數(shù)量及增大鎢絲長度。

(a) 三維電場整體分布(6根鎢絲電極圓周分布)

(b)鎢絲電極的電場分布(放大)圖3 鎢絲電極的三維電場分布(U =3 kV)Fig.3 Three-dimensional electric field distribution of tungsten electrodes(U =3 kV)

如圖4所示，垂直切面(兩鎢絲電極軸線所在平面)內(nèi)，鎢絲電極的電勢關(guān)于電極軸線呈對稱分布，電勢在電極軸線處最大，且隨著與電極軸線距離的增大而迅速減小，各電極電場之間互不干擾，可正常起暈(電極表面在空氣介質(zhì)中的放電現(xiàn)象)。

圖4 垂直切面內(nèi)兩鎢絲電極的電勢變化趨勢 (U =3 kV)Fig.4 Variation trend of electric potential between two tungsten electrodes on vertical section(U =3 kV)

1.4 等離子體靜電除塵三維電場分析

對平板式等離子體靜電吸附裝置的兩電極板施加1.2 kV電壓，三維電場分布如圖5a所示，電極板中間區(qū)域電勢分布較為均勻，邊緣處電勢迅速減小。如圖5b所示，在垂直于x軸的yz切面上，兩邊緣處電勢的減小速率較快，考慮到氣流流動壁效應(yīng)，邊緣處氣流速度小，對焊接煙塵吸附影響較小。

(a)平板式靜電除塵裝置三維電場分布

(b)yz切面電場邊緣電勢圖5 等離子體靜電除塵三維電場(U =1.2 kV)Fig.5 Three-dimensional electric field of plasma electrostatic fume removal(U =1.2 kV)

在等離子體靜電吸附裝置的電場內(nèi)，煙塵粒子主要受到重力、電場力、黏滯力和慣性力的作用。煙塵顆粒以一定的初速度進(jìn)入電場，在電場力作用下向集塵極板運(yùn)動，通常受到與相對運(yùn)動方向相反的黏滯力作用，煙塵顆粒的重力忽略不計，根據(jù)動力學(xué)定律，可得

Fe-FR-Fi=0

(5)

Fe=QpE′FR=3πdpμvp

Fi=mdvp/dt

式中，F(xiàn)e為電場力；FR為黏滯力；Fi為慣性力；E′為除塵電場強(qiáng)度，V/m；Qp為煙塵粒子所帶電荷量，C；dp為煙塵粒子的粒徑，m；m為煙塵粒子的質(zhì)量，g；vp為煙塵粒子的驅(qū)進(jìn)速度，m/s。

由此可得

(6)

對于平板式等離子體靜電吸附裝置，因?yàn)楹附訜焿m粒子在電場中的運(yùn)動時間短暫，且煙塵顆粒的粒徑dp數(shù)值很小，所以在通常情況下式(6)中的指數(shù)部分可忽略，即

(7)

其中，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，μ=1.820 3×10-5Pa·s，當(dāng)施加1.2 kV電壓時，兩電極板間的電場強(qiáng)度Ep=1×105V/m，所得結(jié)果如圖6所示，可以看出，驅(qū)進(jìn)速度vp隨粒徑dp的增大而增大。

圖6 不同粒徑粒子驅(qū)進(jìn)速度變化趨勢Fig.6 Variation trend velocity of particles with several particle sizes

在靜電場中，煙塵粒子粒徑dp對粒子所帶電荷量Qp有重要影響，當(dāng)粒徑dp≥1 μm時，主要為電場荷電，此時Qp≈Qf，將式(3)代入式(7)，可得

(8)

由式(8)可知，帶電煙塵粒子的驅(qū)進(jìn)速度vp與荷電電場強(qiáng)度E、兩電極板間電場強(qiáng)度Ep和粒子粒徑dp成正比，與氣體黏滯系數(shù)μ成反比。但式(8)只適用于焊接煙塵中大多數(shù)類型的煙塵顆粒，對于粒徑極小的粒子，需引入坎寧安修正系數(shù)CC=1+Aλ/dp，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，平均自由程λ=0.066 5 μm，常數(shù)A=1.234。即可得到修正后粒子的驅(qū)進(jìn)速度：

(9)

設(shè)B為兩電極板間距，帶電焊接煙塵粒子進(jìn)入電場后，粒子驅(qū)進(jìn)速度vp方向與氣流速度va方向垂直。假定除塵效率為100%時，從放電極位置進(jìn)入電場的煙塵粒子落在集塵極上的時間t=B/ω，則電極板長度

(10)

實(shí)際上，靜電除塵器中焊接煙塵顆粒的運(yùn)動十分復(fù)雜,實(shí)際電場空間各點(diǎn)的電場強(qiáng)度與圖5a的仿真結(jié)果存在偏差，且煙塵粒子也不是理想球形，粒徑分布情況較為復(fù)雜，因此由理論計算所得到的粒子驅(qū)進(jìn)速度vp與實(shí)際數(shù)值之間同樣存在較大偏差。綜合理論推導(dǎo)與仿真分析，考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計需要，確定B=12 mm，L=100 mm，通過改變Ep可得到不同的煙塵粒子驅(qū)進(jìn)速度vp，進(jìn)而可得到理論氣流速度va，并結(jié)合實(shí)際因素可推斷出實(shí)際除塵效率。

2 數(shù)值模擬與分析

利用COMSOL Multiphysics模擬軟件建立流體力學(xué)混合物模型及粒子追蹤模型，并對等離子靜電吸附裝置中的帶電煙塵粒子運(yùn)動軌跡及吸附過程進(jìn)行仿真分析[11]。考慮理想情況，焊接煙塵顆粒群以水平初速度從放電極板邊緣(z=12 mm)進(jìn)入電場，假設(shè)煙塵粒子為理想球形，相同粒徑分布。

設(shè)置恒定條件溫度T=293.15 K，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為101.325 kPa，帶電粒子受重力作用，將不同粒徑粒子均視為攜帶單電荷。實(shí)際情況下，粒子入口氣流速度(即氣流速度初始值)v0取決于除塵裝置風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)。理論分析中，可根據(jù)式(10)計算出入口氣流速度v0。

2.1 煙塵粒徑變化的影響

設(shè)置焊接煙塵顆粒與氣體介質(zhì)的兩相層流流場，U=1.2 kV，入口氣流速度v0=0.167 m/s，對兩種粒徑(dp=1 μm和0.5 μm)下的焊接煙塵顆粒運(yùn)動軌跡及吸附過程進(jìn)行仿真對比。

如圖7所示，因存在附壁效應(yīng)，故邊緣區(qū)域氣流速度va的減小速率很快，并趨近零；但在yz和xz兩垂直切面上，絕大部分區(qū)域保持穩(wěn)定的流速。煙塵粒子將隨著氣流運(yùn)動進(jìn)入電場，并吸附到集塵極板上[12]。

(a)氣流速度分布(yz垂直切面)

(b)氣流速度分布(xz垂直切面)圖7 氣流速度場及其分布 (dp=1 μm，v0=0.167 m/s，U =1.2 kV)Fig.7 Flow velocity field and its distribution (dp=1 μm，v0=0.167 m/s，U =1.2 kV)

焊接煙塵粒子進(jìn)入電場后，電勢對煙塵粒子吸附效果有重要影響，當(dāng)煙塵粒子與集塵極板接觸時即視為完成吸附。如圖8所示，煙塵粒子在dp=1 μm條件下，當(dāng)t=0.02 s時，初始狀態(tài)時進(jìn)入電場的煙塵顆粒群還在電場中，尚未到達(dá)集塵極板；當(dāng)t=0.08 s時，最初進(jìn)入電場的煙塵顆粒均已吸附在集塵極板上，此時粒子運(yùn)動速度最大值為0.75 m/s，煙塵顆粒已全部完成吸附，該條件下可實(shí)現(xiàn)煙塵凈化。

(a)t=0.02 s

(b)t=0.08 s圖8 粒子運(yùn)動軌跡 (dp=1 μm，v0=0.167 m/s，U =1.2 kV)Fig.8 Particle trajectory (dp=1 μm，v0=0.167 m/s，U =1.2 kV)

如圖9所示，煙塵粒子在dp=0.5 μm條件下，當(dāng)t=0.06 s時，初始狀態(tài)時進(jìn)入電場間的煙塵顆粒群只有少量到達(dá)集塵極板；當(dāng)t=0.1 s時，最初進(jìn)入電場的煙塵顆粒均已吸附在集塵極板上，此時粒子運(yùn)動速度最大值為1.7 m/s，且后續(xù)的煙塵顆粒群也已進(jìn)入電場，其粒子運(yùn)動速度v′<0.6 m/s，并重復(fù)上述運(yùn)動過程。

(a)t=0.06 s (b) t=0.1 s圖9 粒子運(yùn)動軌跡 (dp=0.5 μm，v0=0.167 m/s，U =1.2 kV)Fig.9 Particle trajectory (dp=0.5 μm，v0=0.167 m/s，U =1.2 kV)

由圖8和圖9可知，煙塵粒子粒徑dp的變化對吸附效率有重要影響，隨著dp的減小，有效吸附所需時間減少，進(jìn)入電場的煙塵顆粒能夠瞬時吸附在集塵極板上(t<0.1 s)。有毒微細(xì)煙塵顆粒采用靜電吸附方法時，可達(dá)到快速且有效的除塵效果。

2.2 入口氣流速度變化的影響

設(shè)置dp=0.1 μm，U=1.2 kV，對兩種入口氣流速度(v0=0.167 m/s和0.501 m/s)下的焊接煙塵顆粒運(yùn)動軌跡及吸附過程進(jìn)行仿真對比。

如圖10所示，其流場氣流速度分布規(guī)律與圖7相似，在yz和xz兩垂直切面的絕大部分區(qū)域，氣流速度va較為穩(wěn)定。由圖7可以看出，當(dāng)入口氣流速度v0=0.167 m/s時，氣流速度最大值為0.24 m/s；由圖10可以看出，當(dāng)入口氣流速度v0=0.501 m/s時，氣流速度最大值為0.65 m/s。

如圖11所示，煙塵粒子在dp=0.1 μm、入口氣流速度v0=0.167 m/s條件下，當(dāng)t=0.02 s時，初始狀態(tài)時進(jìn)入電場間的煙塵顆粒群已到達(dá)集塵極板并完成吸附，此時粒子運(yùn)動速度最大值為18 m/s；當(dāng)t=0.1 s時，后續(xù)有大量的煙塵顆粒也已進(jìn)入電場，其粒子運(yùn)動速度v′<6 m/s，并重復(fù)上述運(yùn)動過程。

如圖12所示，當(dāng)入口氣流速度v0=0.501 m/s時，煙塵顆粒群的粒子運(yùn)動軌跡與圖11一致，煙塵顆粒與集塵極板接觸時，兩種情況下具有相同的粒子運(yùn)動速度最大值為18 m/s。進(jìn)入電場間的煙塵顆粒均可實(shí)現(xiàn)煙塵粒子的快速有效吸附，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煙塵的凈化。

由圖11和圖12可知，入口氣流速度v0的變化對煙塵粒子吸附效率沒有顯著影響。

(a)氣流速度分布(yz垂直切面)

(b)氣流速度分布(xz垂直切面)圖10 氣流速度場及其分布 (dp=0.1 μm，v0=0.501 m/s，U =1.2 kV)Fig.10 Flow velocity field and its distribution (dp=0.1 μm，v0=0.501 m/s，U =1.2 kV)

(a)t=0.02 s (b) t=0.1 s圖12 粒子運(yùn)動軌跡 (dp=0.1 μm，v0=0.501 m/s，U =1.2 kV)Fig.12 Particle trajectory (dp=0.1 μm，v0=0.501 m/s，U =1.2 kV)

2.3 板間電壓變化對吸附的影響

設(shè)置dp=0.05 μm，v0=0.501 m/s，對兩種電壓(U=0.6 kV和2.4 kV)下的煙塵顆粒運(yùn)動軌跡及吸附過程進(jìn)行仿真對比。在兩種電壓條件下，流場氣流速度分布規(guī)律與圖10相同，即當(dāng)入口氣流速度v0=0.501 m/s時，氣流速度最大值為0.65 m/s。

如圖13所示，當(dāng)U=0.6 kV，t=0.02 s時，初始狀態(tài)時進(jìn)入電場間的煙塵顆粒群已到達(dá)集塵極板并完成吸附，此時粒子運(yùn)動速度最大值為36 m/s；當(dāng)t=0.1 s時，后續(xù)有大量的煙塵顆粒也已進(jìn)入電場，其粒子運(yùn)動速度v′<15 m/s，并重復(fù)上述運(yùn)動過程。

(a)t=0.02 s (b) t=0.1 s圖13 粒子運(yùn)動軌跡 (dp=0.1 μm，v0=0.501 m/s，U =0.6 kV)Fig.13 Particle trajectory (dp=0.1 μm，v0=0.501 m/s，U =0.6 kV)

圖14 粒子運(yùn)動軌跡 (dp=0.1 μm，v0=0.501 m/s，U =2.4 kV)Fig.14 Particle trajectory (dp=0.1 μm，v0=0.501 m/s，U =2.4 kV)

如圖14所示，當(dāng)U=2.4 kV時，增大了板間電壓，煙塵顆粒群的粒子運(yùn)動規(guī)律與圖13相同，但煙塵粒子運(yùn)動速度加快。當(dāng)t=0.1 s時，煙塵顆粒與集塵極板接觸時，粒子運(yùn)動速度最大值為72 m/s，此時不僅有大量煙塵顆粒被吸附在集塵極板上，同時還有大量煙塵顆粒持續(xù)不斷地快速進(jìn)入電場。

由圖13和圖14可知，電壓U的變化對粒子吸附效率有明顯的影響，隨著U的增大，煙塵顆粒運(yùn)動速度加快，進(jìn)而可提高吸附效率。

綜上所述，粒子運(yùn)動速度v′是表征除塵效率的重要參數(shù)，運(yùn)動速度越快，除塵效率越高。

3 結(jié)論

(1) 基于吸塵-濾塵-荷電-除塵的焊接煙塵凈化工藝，設(shè)計了以等離子體靜電吸附除塵為主的一體化除塵裝置；通過荷電計算與等離子體三維電場分析，驗(yàn)證了等離子體除塵方法的可行性，并確定了該裝置的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)：兩電極板間距B=12 mm，電極板長度L=100 mm。

(2)討論了平板式等離子體除塵裝置中，帶電煙塵粒子在不同初始條件下的運(yùn)動軌跡及吸附情況，分析了煙塵粒徑dp、入口氣流流速v0和板間電壓U的變化對煙塵粒子吸附效果的影響，結(jié)果表明：粒徑dp越小，粒子運(yùn)動速度v′越快，吸附效率越高；增大電壓U，也可顯著增大粒子運(yùn)動速度v′，進(jìn)而可獲得快速有效的除塵效果。

(3)仿真分析結(jié)果表明：板間電壓在0.6～2.4 kV范圍內(nèi)，在電場中運(yùn)動時間t≥0.1 s時，對0.1～1 μm粒徑的煙塵顆粒(特別是微細(xì)顆粒)能夠?qū)崿F(xiàn)快速有效地吸附，能獲得很好的凈化效果。

后續(xù)將開展等離子體除塵裝置的制造與實(shí)驗(yàn)研究，并應(yīng)用于焊接車間，以實(shí)現(xiàn)改善焊接生產(chǎn)環(huán)境的目的。