基于带电粒子的雾消散技术及其机场应用前景

Ador Powertron（作者：Sudhir Giridhar）基于静电除尘原理的室内模型试验验证与工程化展望

关键词
雾消散, 带电粒子, 航空交通, 静电除尘器, 烟气治理

低能见度雾霾对航空运行造成严重影响，导致航班延误或取消，给旅客和航空公司带来巨大损失。在此背景下，利用带电粒子对雾滴进行电荷化并促使其沉降或凝并，是一个结合静电学与气象应用的潜在快速清雾手段。本文基于Ador Powertron的实验研究，将静电除尘器（ESP）的工作原理移用于雾消散，验证了在受控模型中用高压带电粒子快速改善能见度的可行性，并讨论其向大型跑道及工业烟气治理方向的工程化前景[1]。[关键词：雾消散、带电粒子、航空交通、静电除尘器、烟气治理]

该研究由Sudhir Giridhar等人在1:真实尺度比例的封闭模型中开展。模型尺寸约为长1.0 m、宽0.5 m、高0.75 m，模拟跑道与着陆飞机。雾源采用约1 kg 干冰在多孔仓内产生的冷雾，雾态在10–15 s 内弥漫致能见度极低。带电粒子由负极高压放电产生：试验使用-9 kV、100 mA 的直流高压电源驱动形似带刺圆盘的冠状电极组（两侧各5个、刺高约10 cm），在飞机接近跑道过程中开启电源。实验表明，通电后约5–7 s 内模型内的能见度显著恢复，跑道与飞机轮廓可被肉眼识别，表现出快速、高效的清雾能力[1]。

从机理上看，冠放电产生的空间电荷与离子可对空气中悬浮的微小水滴充电，使雾滴在电场和库仑力作用下发生凝并或向地面/集聚区沉降，进而迅速降低悬浮水汽的散射效应，这一原理与电除尘器处理粉尘的基本机制类似，相关早期理论和实验研究也支持带电粒子对雾烟影响的可行性[2–5]。本次试验为该类理论提供了实证性小尺度验证，并指出了放电极型、极距与电源参数对清雾效率的影响方向。

试验同时暴露出若干工程挑战与风险点。优点包括响应速度快、单位运行能耗低、无需消耗大量燃料（区别于历史上的FIDO加热法），便于瞬时恢复跑道能见度，且设备可实现按需启动，降低运营成本[1]。主要缺点则为高压系统的安全性问题：在实际机场大尺度部署需严格隔离与接地保护，防止对地面人员或动物造成电击风险；此外，负离子或电场干扰可能影响机载通信和导航设备，需评估电磁兼容性并制定相应防护方案。

关于工程放大与中国市场应用，技术可与固有的电除尘器（ESP）设计经验相结合，旨在实现电极结构、场强分布与能耗的优化。中国在浆纸、钢铁、水泥与化工等行业存在大量大尺度烟气与能见度管理需求。将带电粒子清雾技术延伸，可在以下场景发挥价值：机场跑道临时清雾、港口及化工园区的局部雾霾控制、以及高湿排放工况下的烟气可视性改善。对于上述行业，技术优势体现在有助于达成排放达标、降低热源加热类方法的燃料消耗、以及减轻设备运行维护负担。

以艾尼科（Enelco）在电除尘器领域的技术积累为例，其在极板与极线设计、电场优化、功率供应与在线监测方面的经验，可为雾消散系统的工程化提供重要支撑。具体包括：基于CFD与电场模拟的极板/极线布局优化以保证有效的空间电荷分布；采用电压倍增或分布式低压高频供电方案以降低外露高压风险；以及引入在线状态监测与远程运维平台，降低人工巡检成本并提高系统可靠性。结合这些技术，能将实验室级别的快速清雾能力转化为可控、安全、可运营的工程系统，适配中国机场及重污染行业的需要。

未来研究与工程化建议包括：在开放场域开展中间尺度试验以评估风场、湍流与湿度条件下的净化半径与能耗；开展电磁兼容性试验以验证对航空通信与导航设备的影响并制定缓解措施；探索与云播种、区域微物理调控的协同可能性；以及基于行业应用制定运营规范，结合ESP维护经验降低长期运维成本。总体来看，带电粒子驱动的雾消散技术在理论与小尺度实验上均具备可行性，结合艾尼科等电除尘器厂商的工程能力，有望在机场能见度恢复和工业烟气治理中形成具有成本效益的补充方案[1–5]。

参考文献
1. Giridhar S., Giridhar S.S., “Fog dispersion using High Voltage Charged Particles,” Proceedings of 17th International Conference on Electrostatic Precipitation, Kyoto, 2024.
2. Leal del Rio T.M., Calderon Duarte J., Juarez Gracia A.G., Vazquez Arreguin R., “Fog dispersion by using electrostatic experimental techniques.”
3. Frost W., Collins F.G., Koepf D., “Charged Particle Concepts for fog dispersion.”
4. Sawant V.S., Meena G.S., Jadhav D.B., “Effect of Negative Air Ions on Fog and Smoke.”
5. Damak M., Varanasi K.K., “Electrostatically driven fog collection using space charge injection.”