với mô hình thiết bị phân tách tĩnh điện
Chương trình Comsol Multiphysics là phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, mô hình toán học được thể hiện bằng phương trình vi phân từng phần. Phần mềm hỗ trợ 8 module sau: + AC/DC module + Chuyển động nhiệt + Kết cấu cơ học + Khoa học trái đất + Hóa học +MEMS module + Tần số vô tuyến + Sóng âm thanh
Chương trình này có khả năng liên kết với các chương trình phần mềm thông dụng khác như Auto CAD, Solid Works,… Phiên bản được sử dụng để mô phỏng điện trường dưới đây là Comsol Multiphysics 4.3, giao diện của chương trình như hình 2.6.
37
Ta sử dụng chương trình Comsol để mô phỏng cho các trường hợp sau: - Với điện áp các cực là ± 20 kV, thay đổi góc nghiêng của điện cực(máng) lần lượt
với các giá trị là: α = 350
, 400, 450, 500, 550, 570, 600 khi khoảng cách giữa các điện
cực, hình dạng điện cực không đổi: Ta có các kết quả mô phỏng như hình 2.7.
38
39
40
41
42
43
Kết quả phân bố điện trường khi α = 600
44
- Với góc nghiêng của điện cực và máng không đổi (chọn α = 550), thay đổi điện áp đặt vào các điện cực là (-15 kV, 25 kV) và (-25 kV, 15 kV) khi khoảng cách giữa các điện cực, hình dạng điện cực không đổi: ta có kết quả như hình 2.8
45
Kết quả phân bố điện trường khi điện áp đặt trên các điện cực là -25 kV và 15 kV Hình 2.8. Thay đổi của phân bố điện trường khi điện áp thay đổi
46
- Với góc nghiêng α = 550, điện áp đặt là ± 20 kV, khi thay đổi điện cực trên thành hình trụ: ta có kết quả mô phỏng như hình 2.9.
47
48
Hình 2.9. Thay đổi của phân bố điện trường khi hình dạng điện cực âm thay đổi.
Từ những tính toán mô phỏng ở các phần trên, ta có thể thấy được, hiệu suất của thiết bị phân tách bị ảnh hưởng bởi các yếu tố chính như sau :
- Hình dáng điện cực ;
- Khoảng cách giữa các điện cực ;
- Vật liệu chế tạo điện cực và máng nghiêng: ảnh hưởng đến khả năng nhiễm điện của hạt ;
- Khối lượng, kích thước hạt: ảnh hưởng tới khả năng nhiễm điện của hạt ; - Môi trường phân tách ;
- Khoảng cách điện cực và máng nghiêng ;
- Góc nghiêng α giữa máng và phương thẳng đứng ;
- Khoảng cách h giữa điểm cuối của máng nghiêng đến các khay thu hạt phân tách ;
- Cường độ điện trường E gây bởi các điện cực .
2.4. Kết luận chƣơng 2
Qua các tính toán, mô phỏng trong chương này chúng ta thấy được một số điểm như sau :
- Nếu các thiết bị phân tách chỉ sử dụng ảnh hưởng của trọng lực sẽ dẫn đến hiệu quả phân tách các hạt vật chất của thiết bị không cao, khả năng phân tách của thiết bị phụ thuộc chủ yếu vào góc nghiêng α, kích thước và khối lượng riêng γ và vận tốc ban đầu V0 của các hạt.
- Trị số điện trường phóng điện cực đại trong môi trường đồng nhất, khi khoảng cách giữa các điện cực khoảng 1cm, có thể đến giá trị 28-30 kV/cm, nhưng đối với môi trường không đồng nhất giá trị này lại có thể nhỏ hơn rất nhiều. Trong trường hợp khi có phóng điện vầng quang thì trị số của điện trường lại có thể tăng lên đến khoảng 20 kV/cm. Ở đây phóng điện vầng quang có tác dụng làm phân bố điện trường đều hơn trong khoảng không gian giữa các điện cực, dẫn đến điện trường phóng điện tăng. Mặt khác, do hiệu ứng biên của điện cực và các lớp của
49
phần tử cần phân tách, cường độ điện trường phóng điện trung bình lại không thể vượt quá 10 kV/cm. Nhưng như vậy yêu cầu đối với thiết bị sử dụng điện trường tĩnh điện là cần loại bỏ các hiệu ứng mũi nhọn trên bề mặt điện cực do chúng tăng khả năng tạo ra điện trường không đồng nhất. Ngược lại, đối với hệ thống ứng dụng phóng điện vầng quang cần dùng các điện cực có bán kính cong càng nhỏ thì càng hiệu quả. Khoảng cách giữa các điện cực cũng cần phải tính toán phân tích nhằm đảm bảo sự phân bố điện trường trong thiết bị.
- Khi sử dụng điện trường E để phân tách, do các hạt sa khoáng Ilmenite và Zircon có tính chất về điện khác nhau, nên có khả năng tích điện khác nhau khi chúng chuyển động trong điện trường, chính nhờ yếu tố này mà quỹ đạo bay của chúng trong điện trường có sự khác biệt rõ rệt, điều này giúp nâng cao khả năng phân tách của thiết bị. Lúc này khả năng phân tách của thiết bị chịu sự ảnh hưởng của các yếu tố chủ yếu như góc nghiêng của máng, cường độ điện trường, khoảng cách điện cực,…
- Có thể thấy rằng lực tác động lên các hạt sa khoáng và quỹ đạo bay của chúng chịu ảnh hưởng của các yếu tố chủ yếu là cấu trúc và cường độ điện trường được thiết bị tạo ra và tính chất tự nhiên của hạt được phân tách. Sau khi tính toán mô phỏng, ta có thể thấy, khi góc nghiêng α nằm trong dải 550 – 600, điện trường trong môi trường phân tách đạt từ 2 – 3 kV/cm, thì thiết bị phân tách có thể thu được kết quả tốt nhất. Các kết quả mô phỏng trên sẽ được kiểm chứng lại bằng thực nghiệm như ở chương 3.
50