万琳凌 周子昕

(1. 华东师范大学教育学部，上海 200062；2. 江苏省南京外国语学校中英班A2(2)班，江苏 南京 210018)



高压静电除尘器的设计与制作

万琳凌1周子昕2

(1. 华东师范大学教育学部，上海 200062；2. 江苏省南京外国语学校中英班A2(2)班，江苏 南京 210018)

本文从工业静电除尘器的技术中获得启发，阐述了利用日常物品制作高压静电除尘器的过程，并对其除尘性能进行了探究.

静电除尘；设计；制作；PM2.5

1 引言

静电除尘是静电原理的应用之一，在工业除尘方面发挥了巨大作用，是“从物理走向社会”的典型实例.利用高压静电除尘器，学生可以直观、清楚地看到除尘效果，增强了学生对静电知识的理解，提高了学生物理学习兴趣.笔者利用日常物品，制作完成了静电除尘器，将物理实验生活化，关注环境污染问题，展现了物理实验的独特魅力.

2 设计原理

工业静电除尘器的除尘过程可分为四个阶段：利用高压电场将气体电离；粉尘粒子捕获负离子而带电；带电粉尘粒子向集尘极移动；将集尘电极上的沉积粉尘清除，收集到收灰装置中去.受工业静电除尘器的启发，笔者自行设计、制作除尘器，它由以下三个部分组成.

(1) 高压电离系统

通过在静电除尘器一对电极之间施加高压，建立一个非均匀电场.其中表面曲率很大的线状电极作为负极(电晕极)，在这个电极附近有很强的电场，直径较大的圆筒状电极作为正极(接地极).

通过GDY-50高压电源提供可调高压，在可乐瓶内的直电极和环绕可乐瓶外侧的绝缘线圈之间形成一个强电场，为集尘提供有效条件.

(2) 气流循环系统

静电除尘器内的气体流速及分布对除尘效率有直接的影响.若气流分布不均匀，势必冲刷收集在极板上的积灰，导致清灰装置中的粉尘层又重新扬起.笔者在装置底部安装了小风扇，以改善气体循环效果(如图1).

图1

(3) 清灰系统

对于沉积在集尘极上的粉尘，需将其振落到下部的清灰装置内，才算完成电除尘过程最后一个环节.笔者将直径为1cm的手机震动马达贴在收尘主体——可乐瓶外，作为清灰装置.在集尘到一定阶段后关闭静电除尘器，接通手机震动马达，振落内壁粉尘至集灰装置.

3 制作过程

(1) 制作材料

真空压缩袋、透明鞋盒、大可乐瓶、漆包线、废旧泡沫塑胶拖鞋、GDY-50高压电源、双路直流稳压源、家用PM2.5测试仪、小型散热风扇、蚊香、手机震动马达等.

(2) 气体电离部分

如图2所示，把可乐瓶的瓶口端切掉，利用圆筒的部分作为集尘极的基本圆柱结构.在圆筒的外侧贴上双面胶，并在其上紧密绕上细导线，这就是集尘极.剪下废旧泡沫塑料拖鞋的一部分，将漆包线插入其中，这就制作完成了电晕极，将电晕极置于圆筒中央.

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图2

(3) 气流装置、振打部分

如图3所示，在处理过的可乐瓶下侧位置，裁掉一小块，然后将风扇卡在其中，并用透明胶固定.在塑料瓶的上侧位置，粘一个手机震动马达.

图3

(4) 收灰装置、外壳部分

如图4所示，把处理好的可乐瓶嵌入透明鞋盒的抽屉部分，作为收灰装置.接着，把透明鞋盒的外壳部分压扁固定，作为底板.展开真空压缩袋，剪去密封条，用透明胶将其紧密地固定于底座上.同时，将压缩袋撑开，构造一个长方体密闭空间.

图4

(5) 电源部分

在鞋盒的四个角落装上4个接线柱，分别将正负电极、风扇、震动马达，通过接线柱与各自的电源相连.正负电极接GDY-50高压电源，风扇和震动马达与双路直流稳压源接通.

如图5所示，将家用PM2.5测试仪置于鞋盒上面，以此测量粉尘浓度，这样可以更加直观、清晰地观察除尘效果.

图5

4 除尘性能探究

为了使本装置达到最佳除尘效率，笔者从以下两方面进行了实验探究.

(1)探究静电高压值对除尘效率的影响

保持风扇的转速、温度、湿度和环境PM2.5的初值不变，从6kV到24kV等间距地改变静电高压值的大小，测量实时PM2.5值,测量结果如表1、图6.

表1

图6

从图6可以看出，在风速及其他因素不变时，当静电高压值升高时，PM2.5的值下降开始变快.当静电高压值控制在18kV时，PM2.5的值下降最快.在此之后随着静电高压值的增大，PM2.5值下降不再显著.所以继续升高电压对于静电除尘的效率影响已经可以忽略不计，故本装置采用18kV的高压能达到较好的除尘效果.

(2) 探究风扇电压值对除尘效率的影响

保证静电高压值、温度、湿度和环境PM2.5的初值不变，加在风扇上的电压从3V到12V等间隔地改变，测量实时PM2.5值,测量结果如表2、图7.

表2

图7

从图7可以看出，PM2.5值随时间增加而不断下降，加在风扇上电压为11V时，除尘效果最好.

6 结语

通过合理地改造和简化，将生活物品“变身”为高压静电除尘器，材料简单易得，实验趣味性强.这样能够大大地活跃课堂气氛，调动学生积极性.此外利用PM2.5测试仪观察粉尘浓度，使实验更加直观、形象，为学生深刻理解相关静电知识起到了积极作用，同时增强了他们的环保意识.