電暈是一種常見的放電形式，人們對電暈放電的探索從對電暈起始電壓、電流脈沖等宏觀現(xiàn)象的研究深入到微觀粒子輸運、放電機理的研究。離子風(fēng)是電暈放電伴生的一種現(xiàn)象，相對利用風(fēng)扇產(chǎn)生風(fēng)的方法，離子風(fēng)具有低功耗、無需機械旋轉(zhuǎn)部件、低噪聲和離子豐富等特點，在推進(jìn)、強化對流散熱、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。相對于熱風(fēng)干燥技術(shù)，離子風(fēng)干燥的能耗更低，因為使用熱風(fēng)干燥時需要加熱空氣，加熱后的空氣會帶走熱量。干燥生物材料時，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，干燥時間可以縮短15%～40%。

研究也發(fā)現(xiàn)電極形式對干燥效果有很大的影響，Lai F. C. 等對單針電極、多針電極和線電極的增強干燥效果進(jìn)行實驗，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，使用單個電極比多個電極干燥效率更高，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流風(fēng)速對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)速的來流會對離子風(fēng)有抑制作用。

Dalvand M. J. 等發(fā)現(xiàn)，多針電極干燥時，電極電壓越高，電場強度越強，干燥效果越好。Lai F. C.的研究結(jié)果表明，離子風(fēng)對實際應(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)置電極時電極間距往往很近，電壓也接近對應(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)的強度，此時放電可能會產(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：水分子會趨于向電場強度增強的方向運動[27]。空間電荷激勵的極不均勻電場也能吸引水分子，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)生垂直于水面的強電場，利用線電極可以產(chǎn)生放電。本文研究兩種電極配置對水面蒸發(fā)的影響，并嘗試對產(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)實驗裝置示意圖

結(jié)論

本文通過理論實驗和推導(dǎo)計算的方式，研究了均勻電場和極不均勻電場對蒸發(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對水的蒸發(fā)有促進(jìn)作用，隨著電場強度的增加，促進(jìn)蒸發(fā)的效果更加明顯。
• 2）以水體為接地電極，在水面上方激勵出極不均勻電場并產(chǎn)生放電，當(dāng)電極間距較大并且外施電壓較低時，放電強度較弱，此時空間中會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，在水面上方激勵出極不均勻電場并產(chǎn)生放電，當(dāng)外施電壓增大，放電的強度增加到一定程度時，離子風(fēng)得到加強，水面上對流增加，與電場協(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相比，使用離子風(fēng)促進(jìn)蒸發(fā)的效果更加顯著。