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等離子體在空氣凈化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，氣體放電過程中產(chǎn)生的帶電粒子與待處理的空氣混合后，對有害微生物進(jìn)行消殺，促進(jìn)顆粒物的凝并，提高空氣質(zhì)量。M. J. Gallagher等通過等離子體直接處理空氣，雖然殺菌效率可以高達(dá)97%，但放電產(chǎn)生的臭氧達(dá)到了28μg/L，會造成二次污染。由于離子風(fēng)的流動性，可將電極產(chǎn)生的帶電粒子與空氣中的微生物充分混合，既可以提高殺菌效率，又能夠稀釋臭氧含量。

E. Timmermann等采用DBD作為等離子體源聯(lián)合離子風(fēng)處理室內(nèi)空氣，并與等離子體直接處理后的空氣做了對比，研究結(jié)果如圖1所示，等離子體直接處理空氣后臭氧含量高達(dá)15000μg/L，而殺菌率只有24%；但等離子體與離子風(fēng)聯(lián)合處理后的臭氧含量僅為362μg/L，且殺菌率高達(dá)95%。

圖1 有無離子風(fēng)情況下的影響對比

M. Schmidt等利用相同的原理分解空氣中的甲乙酮，結(jié)果顯示等離子體和離子風(fēng)共同作用下分解率達(dá)94%。以上都是針對空氣中的細(xì)菌和有害氣體的研究，離子風(fēng)由于攜帶活性粒子，還可以用于有關(guān)病毒的消殺，阻斷病毒的傳播途徑等。

在靜電除塵中，通過離子風(fēng)對除塵效率也有著重要的影響。T. Yamamoto等通過實(shí)驗(yàn)證明了靜電除塵過程中顆粒受電場、來流和離子風(fēng)的共同作用。離子風(fēng)影響顆粒物的驅(qū)進(jìn)速度和荷電時間，從而影響除塵效率。

離子風(fēng)對除塵效率的影響與來流速度有關(guān)，Liang W.J.等對電除塵效率的數(shù)值計(jì)算的結(jié)果顯示，當(dāng)來流速度大于0.6m/s，離子風(fēng)對除塵效率的影響可以忽略；當(dāng)來流速度小于0.2m/s，離子風(fēng)能提高除塵效率。Wang Yifan等對蜂窩式靜電除塵器的除塵效率進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的結(jié)果顯示，離子風(fēng)在這種電極結(jié)構(gòu)中有促進(jìn)顆粒凝聚，減小顆粒沉積死區(qū)的作用。Zhang Jianping等對離子風(fēng)在線-筒電極除塵效率的數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，離子風(fēng)可以促進(jìn)PM2.5的收集，最高效率可達(dá)83.1%。然而，沈欣軍等]的研究表明離子風(fēng)會在除塵器中形成渦流，阻礙顆粒物的捕集。

李慶等的研究結(jié)果表明，電極結(jié)構(gòu)是離子風(fēng)影響除塵效率的關(guān)鍵，因此可以通過改變電極結(jié)構(gòu)來改變流場形態(tài)，從而提高凈化效果。Shen Heng等對五種不同形狀收集極的靜電除塵器流場的模擬計(jì)算結(jié)果顯示，電極形狀影響流場分布，從而影響除塵效率。如圖2a所示的傳統(tǒng)的線-板靜電除塵器，但二次揚(yáng)塵會降低除塵效率。對此，T. Yamamoto等將線-板電極的集電極改造為袋狀結(jié)構(gòu)，如圖2b所示，有效地抑制了二次揚(yáng)塵，小粒徑顆粒的收集效率提升至80%。

圖2 線-板式電極靜電除塵器

近年來雙極性離子風(fēng)也被用來凈化空氣。Chang Qianyun等]采用雙極性預(yù)荷電裝置輔助收集空氣中顆粒的研究表明，離子風(fēng)可以加強(qiáng)不同極性顆粒物的混合，加速顆粒物的凝并，與沒有預(yù)荷電裝置靜電除塵器相比，除塵效率提高了12%。

雙極性電暈放電離子風(fēng)顆粒收集裝置如圖3所示，V. T. Dau等]采用雙電極電暈放電離子風(fēng)激勵器收集空氣中的顆粒物。針電極可產(chǎn)生雙極性的離子風(fēng)，既可以促進(jìn)正負(fù)極性顆粒凝并，也可以加快顆粒物的驅(qū)進(jìn)速度，除塵效率可達(dá)到94%。

圖3 裝置示意圖

離子風(fēng)在空氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用已日漸成熟，在未來有望實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣凈化，但需要解決以下兩個問題：

（1）通過放電凈化空氣，主要是帶電粒子與空氣中的污染物的結(jié)合，在電場作用下消除污染物，因此需要優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)，提高帶電粒子濃度，并使離子風(fēng)將帶電粒子與空氣微生物和顆粒物充分混合，使得離子風(fēng)的流場形態(tài)更有利于促進(jìn)顆粒凝并。改變地電極形狀，影響流場形態(tài)，例如電源使用三相電源，可以提高運(yùn)行電場強(qiáng)度；地電極使用波形電極，增加離子風(fēng)的湍流度，也可以在高壓電極與地電極之間設(shè)置交流電場，帶電粒子可以與污染物充分接觸，加速污染物的沉降。

（2）放電過程中產(chǎn)生的臭氧如果不加以處理，會造成二次污染，因此需要抑制有害副產(chǎn)物的產(chǎn)生。在高壓電極附近安裝紫外線照射裝置可以有效抑制臭氧的產(chǎn)生；另外在凈化裝置前設(shè)置一個加濕器，空氣濕度的提高也可以有效抑制臭氧等副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

以上研究成果發(fā)表在2021年第13期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“離子風(fēng)的應(yīng)用研究進(jìn)展”，作者為張明、李丁晨 等。