電暈是一種常見(jiàn)的放電形式，人們對(duì)電暈放電的探索從對(duì)電暈起始電壓、電流脈沖等宏觀現(xiàn)象的研究深入到微觀粒子輸運(yùn)、放電機(jī)理的研究。離子風(fēng)是電暈放電伴生的一種現(xiàn)象，相對(duì)利用風(fēng)扇產(chǎn)生風(fēng)的方法，離子風(fēng)具有低功耗、無(wú)需機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件、低噪聲和離子豐富等特點(diǎn)，在推進(jìn)、強(qiáng)化對(duì)流散熱、空氣除塵、干燥等領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。

離子風(fēng)干燥技術(shù)被認(rèn)為是最適用熱敏材料脫水的高效非熱能技術(shù)，可以在食品、藥品、生物制品干燥中具有廣闊的應(yīng)用前景。相對(duì)于熱風(fēng)干燥技術(shù)，離子風(fēng)干燥的能耗更低，因?yàn)槭褂脽犸L(fēng)干燥時(shí)需要加熱空氣，加熱后的空氣會(huì)帶走熱量。干燥生物材料時(shí)，根據(jù)生物材料類型、初始最終含水量和操作條件，離子風(fēng)干燥速率通常比自然蒸發(fā)快1.3～4.52倍，干燥時(shí)間可以縮短15%～40%。

研究也發(fā)現(xiàn)電極形式對(duì)干燥效果有很大的影響，Lai F. C. 等對(duì)單針電極、多針電極和線電極的增強(qiáng)干燥效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在較低的外施電壓下，使用線電極比針頭電極的干燥效果更好，就單位質(zhì)量干燥物質(zhì)使用的能量而言，使用單個(gè)電極比多個(gè)電極干燥效率更高，并且采用正極性電壓比負(fù)極性效率更高。與電極方向垂直的來(lái)流風(fēng)速對(duì)干燥的效果也有很大影響，在較低風(fēng)速下離子風(fēng)干燥的效果更明顯，高風(fēng)速的來(lái)流會(huì)對(duì)離子風(fēng)有抑制作用。

Dalvand M. J. 等發(fā)現(xiàn)，多針電極干燥時(shí)，電極電壓越高，電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，干燥效果越好。Lai F. C.的研究結(jié)果表明，離子風(fēng)對(duì)實(shí)際應(yīng)用的干燥效果取決于許多因素，包括電極間距、電暈極性、材料特性等。

離子風(fēng)干燥的主要原理是利用離子風(fēng)增加被干燥物體上空氣的對(duì)流，使水蒸發(fā)的速度變快。為了產(chǎn)生離子風(fēng)，在設(shè)置電極時(shí)電極間距往往很近，電壓也接近對(duì)應(yīng)電極布置下的擊穿電壓。如果增加電極間距并適當(dāng)降低電壓，可以削弱離子風(fēng)的強(qiáng)度，此時(shí)放電可能會(huì)產(chǎn)生抑制蒸發(fā)的效果。

利用在農(nóng)田上方布置導(dǎo)線產(chǎn)生對(duì)地的電暈放電可以抑制土壤的蒸發(fā)。Arif-Uz-Zaman M. 等證明了電場(chǎng)可以富集水分子使空氣濕度增加，這是基于水分子介電泳原理：水分子會(huì)趨于向電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)的方向運(yùn)動(dòng)[27]。空間電荷激勵(lì)的極不均勻電場(chǎng)也能吸引水分子，并形成荷電的微小液滴。Reznikov M.總結(jié)了荷電液滴半徑與液滴帶電量、外界蒸汽壓之間的關(guān)系。

本文利用水體為接地電極，在水面上設(shè)置了網(wǎng)電極和線電極兩種電極形式并施加高電壓。利用網(wǎng)電極可以產(chǎn)生垂直于水面的強(qiáng)電場(chǎng)，利用線電極可以產(chǎn)生放電。本文研究?jī)煞N電極配置對(duì)水面蒸發(fā)的影響，并嘗試對(duì)產(chǎn)生的促進(jìn)蒸發(fā)和抑制蒸發(fā)的現(xiàn)象給出理論解釋。

圖1 高濕度環(huán)境下蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

結(jié)論

本文通過(guò)理論實(shí)驗(yàn)和推導(dǎo)計(jì)算的方式，研究了均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)對(duì)蒸發(fā)的影響，得到的結(jié)論如下：

• 1）以水體為接地電極，在水面上施加垂直作用在水面上的均勻電場(chǎng)對(duì)水的蒸發(fā)有促進(jìn)作用，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，促進(jìn)蒸發(fā)的效果更加明顯。
• 2）以水體為接地電極，在水面上方激勵(lì)出極不均勻電場(chǎng)并產(chǎn)生放電，當(dāng)電極間距較大并且外施電壓較低時(shí)，放電強(qiáng)度較弱，此時(shí)空間中會(huì)存在一定量的空間電荷，由于空間電荷可以富集水分子形成微小液滴，微小液滴在電場(chǎng)力作用下發(fā)生電泳，重新落回水面，使水的蒸發(fā)速度降低。
• 3）以水體為接地電極，在水面上方激勵(lì)出極不均勻電場(chǎng)并產(chǎn)生放電，當(dāng)外施電壓增大，放電的強(qiáng)度增加到一定程度時(shí)，離子風(fēng)得到加強(qiáng)，水面上對(duì)流增加，與電場(chǎng)協(xié)同作用下，促進(jìn)水的蒸發(fā)。與僅施加垂直于水面的均勻電場(chǎng)相比，使用離子風(fēng)促進(jìn)蒸發(fā)的效果更加顯著。