مدلسازی سه‌بعدی ته‌نشین‌کننده الکتروستاتیکی نوع استوانه‌ای به منظور جمع‌آوری ذرات ریز دیزل و کنترل آلودگی هوا

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 پژوهشگر، گروه علوم و فناوری‌های دفاعی، پژوهشکده فناوری‌های دفاعی و پدافند غیرعامل، دانشگاه عالی دفاع ملی

2 استادیار، گروه علوم و فناوری‌های دفاعی، پژوهشکده فناوری‌های دفاعی و پدافند غیرعامل، دانشگاه عالی دفاع ملی

چکیده

با توجه به ماهیت سرطان‌زای ذرات دیزل، این ذرات سلامت انسان‌ها را به شدت تهدید خواهد کرد. به منظور پاسخگویی به این چالش، توجه محققیق و نهادهای دولتی در سراسر جهان معطوف به دستیابی به یک تکنولوژی اقتصادی و ایمن جهت کنترل این ذرات شده است. با توجه به اینکه ته‌نشین‌کننده‌های الکتروستاتیکی یکی از مهم‌ترین فن‌آوری‌های درمان‌کننده محسوب می‌شوند، در این مقاله به مدلسازی ریاضی یک ته‌نشین‌کننده الکتروستاتیکی استوانه‌ای و پیش‌بینی راندمان جمع‌آوری ذرات رسانای دیزل در شرایط مختلف آن پرداخته می‌شود. این ته‌نشین‌کننده شامل یک سیلندر زمین‌شده به سطح مقطع دایره‌ای شکل و یک الکترود تحریک‌شده با ولتاژ جریان مستقیم منفی می‌باشد که در مرکز این سیلندر نصب شده است. با استفاده از پاسخ تحلیلی معادلات پواسون و پایستگی جریان، چگالی بار فضایی یونی، توزیع پتانسیل الکتریکی و نیروهای حجمی الکتریکی در کانال ته‌نشین‌کننده محاسبه خواهد شد. در این مقاله از نرم‌افزار کامسول جهت مدلسازی سه بعدی ته‌نشین‌کننده الکتروستاتیکی استوانه‌ای و حل معادلات شارش هوای آشفته با لحاظ نیروی حجمی الکتریکی استفاده می‌شود. معادلات باردار شدن و حرکت ذرات با استفاده از رابط‌ فیزیک مسیریابی ذرات برای شارش سیال در نرم‌افزار کامسول پیاده‌سازی شده و نتایج شبیه‌سازی مورد تحلیل قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

3D modeling of the cylindrical type electrostatic precipitator for collecting fine diesel particles and controlling the air pollution

نویسندگان [English]

  • Mohammad Gholami 1
  • Hanif Kazerooni 2
1 Researcher, National Defense and Strategic Research University, Iran
2 Assistance Professor, National Defense and Strategic Research University, Iran
چکیده [English]

Due to the carcinogenic nature of diesel particles, these particles will pose a serious threat to human health. In order to meet this challenge, the attention of researchers and government agencies around the world is focused on achieving an economical and safe technology to control these particles. Given that electrostatic precipitators are one of the most important treatment technologies, this paper deals with the mathematical modeling of a cylindrical electrostatic precipitator and the prediction of the collection efficiency of diesel conductive particles in its various conditions. This sediment consists of a grounded cylinder with a circular cross-section and an excited electrode with negative direct current voltage installed in the center of the cylinder. Using the analytical response of Poisson equations and current conservation, ion spatial charge density, electric potential distribution and electrical volume forces in the electrostatic precipitator channel will be calculated. In this paper, COMSOL software is used for three-dimensional modeling of cylindrical electrostatic precipitators and solving turbulent air flow equations considering volume electric force. The particle charge and motion equations have been implemented in COMSOL software using particle routing physics and the results have been analyzed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Diesel Motor
  • Diesel Particle
  • Electrostatic Precipitator
  • Air Pollution Control

مراجع

[1] H. Hayashi, Y. Takasaki, K. Kawahara, T. Takenaka, K. Takashima, and A. Mizuno, “Electrostatic charging and precipitation of diesel soot”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 47, No. 1, 2011, pp. 331-335.
[2] M. Gholami, and H. Kazerooni, “Numerical evaluation of electrohydrodynamic flow and particle concentration effects on the wire-plate electrostatic precipitator efficiency”, Scientific Journal of Applied Electromagnetics, Vol. PP, No. 99, 2021.
[3] P. Saiyasitpanich, T. C. Keener, M. Lu, S.-J. Khang, and D. E. Evans, “Collection of ultrafine diesel particulate matter (DPM) in cylindrical single-stage wet electrostatic precipitators”, Environmental Science and Technology, Vol. 40, 2006, pp. 7890-7895.
[4] P. Saiyasitpanich, T. C. Keener, S.-J. Khang, and M. Lu, “Removal of diesel particulate matter (DPM) in a tubular wet electrostatic precipitator”, Journal of Electrostatics, Vol. 65, 2007, pp. 618-624.
[5] R. Baghaei Lakeh, and M. Molki, “Patterns of airflow in circular tubes caused by a corona jet with concentric and eccentric wire electrodes”, Journal of Fluids Engineering, Vol. 132, 2008.
[6] T. Mitsuhiro, K. Hirofumi, K. Toma, T. Kazunori, H. Masahiro, and M. Akira, “Electrostatic precipitation of diesel PM at reduced gas temperature”, 2015 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 2015.
[7] Y.J. Kim, B. Han, C. Woo, and H.-J. Kim, “Performance of Ultrafine Particle Collection of a Two-Stage ESP Using a Novel Mixing Type Carbon Brush Charger and Parallel Collection Plates”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 53, No. 1, 2017, pp. 466-473.
[8] H. Kawakami, T. Sakurai, Y. Ehara, T. Yamamoto, and A. Zukeran, “Performance characteristics between horizontally and vertically oriented electrodes EHD ESP for collection of low-resistive diesel particulates,” Journal of Electrostatics, Vol. 71, No. 6, 2013, pp. 1117-1123.
[9] Y. Ehara, M. Ohashi, A. Zukeran, K. Kawakami, T. Inui, and Y. Aoki, “Development of hole-type electrostatic precipitator”, International Journal of Plasma Environmental Science and Technology, Vol. 11, No. 1, 2017, pp. 9-12.
[10] H. Kawakami, A. Zukeran, K. Yasumoto, T. Inui, Y. Ehara, and T. Yamamoto, “Diesel PM collection for marine emissions using double cylinder type electrostatic precipitator”, International Journal of Plasma Environmental Science and Technology, Vol. 5, 2011, pp. 174-178.
[11] A. Zukeran, H. Sawano, K. Yasumoto, “Collection Characteristic of Nanoparticles Emitted from a Diesel Engine with Residual Fuel Oil and Light Fuel Oil in an Electrostatic Precipitator,” Energies, Vol. 12, No, 17, Aug. 2019, pp. 1-9.
[12] W. Janischewskyj and G. Gela, “Finite element solution for electric fields of coronating dc transmission lines”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. 98, 1979, pp. 1000-1012.
[13] C. J. Chen, and S. Y. Jaw, “Fundamentals of turbulence modeling”, Taylor and Francis, 1998.
مدل سازی در مهندسی
دوره 20، شماره 68
فروردین 1401
صفحه 127-137

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 29 فروردین 1400
  • تاریخ بازنگری: 09 مرداد 1400
  • تاریخ پذیرش: 27 مهر 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار