[科普中国]-高压电场干燥

简述

高压电场干燥技术是一项新型的干燥技术。日本的浅川1976年发现了“浅川效应”，即在施加电压后水的蒸发速度会加快，并认为电场消耗的能量很小。但一赢未受到学术界重视，直到1994年才见到Chen和Barthakur报道：在单个针-板电晕场中，2～4 mm厚土豆片的平均干燥速度是相应对照组干燥速度的2.5倍。T R Bajgai利F Hashinaga报道：高压电场干燥具有使物料不升温，速度快，能很好地保存叶绿素a和b的优点。F C Lai等人在2003年对针状电极和线状电极的电流体动力学干燥进行了试验，表明这两种形状的电极都能提高干燥的速度。

水物料的非均匀电场受力分析高压电场干燥技术利用离子束和物料中水分子内部的相互作用和外部的吹动作用，电场力使液体内水分子作定向移动，电场作用力和正直接将表面层的水分子拉出来。在此过程中，水分子的无规则运动在电场力作用下变成做顺着电场强度增大的方向做定向移动，物料温度不升高，可以有效地保留液体物料中的有效成分不受损失。

电流体动力学分析电流体动力学是静电学与流体力学的结合，是静电工程学的一个重要分支，正在逐步得到学术界认可。

电流体动力学是以电场与流体中的自由电荷及束缚电荷间相互作用为主要研究对象的一个边缘学科，涉及电场中电流体或质点的行为，它考虑了电场对流体介质的作用，它也可以被看作是在运动电介质中的电动力学．在流体中，介质运动对电场的影响，及电场对运动流体的作用，两者相互作用会出现很多有趣的电流体现象。

经过数十年的研究，人们对电流体动力学已经有了比较深刻的认识。

目前，对于电流体动力学研究，除了集中于其理论之外，人们将研究拓展到了与当前科技发展前沿有关的多个领域。

在高压电场干燥试验中，生物物料和上电极是不接触的，中间夹有空气，即电场中将有两种介质．如果把这两种介质假设为欧姆流体，并且两者的松弛时间不同，将满足电流体行波泵。

当介质内部没有电荷源时，在两种介质的交界面上，电荷守恒性决定了电荷积蓄，其极性为：在电场作用下，两种层迭的欧姆流体界面上有电荷产生，如果在激发电极附近介质的电荷松弛时间大于远离电极处介质的电荷松弛时间，界面上的电荷与激发电极的极性相反，界面上的剪切力与行波方向相同，则向前驱动；如果激发电极附近的电荷松弛时间小于较远介质的电荷松弛时间，那么界面上的电荷与激发电极的极性相同，剪切力的方向与行波方向相反，形成向后驱动．通常情况下，物料可以假设为均匀电介质，介电常数受外界影响较小，电荷松弛时间主要由电导率决定，对于低电压或高频率情况，电极发射的电荷主要聚集在电极附近，从数量级上看，当电介质带电时，其电导率要比不带电时大，电导率梯度导致了松弛时间自电极向外递增，向后驱动．当在高电压或低频率时，在电极极性反向之前，电极发射的电荷跨越过中线，形成了与前面相反的情况，从而正向驱动．不管正向驱动还是反向驱动都会使物料中的水分子脱出或使氢键断开，达到脱水目的。

电场对生物物料中水分子受力的作用包含了电流体动力学中力的特点，电中性的中性粒子在非均匀电场中将受到梯度力的作用，这就是介电泳力。高压电场干燥以介电泳力为显著：①水分子产生感应极化，运动至强电场区域：②力的性质与电场的极性无关；③要想介电泳力大，必须有很强的非均匀电场，为此必须对电极板形状作特殊考虑，我们在此用了针-板电场；④当介质的粘性率低即阻力小时，该力的效果明显，对比试验自来水蒸发速率是较快的。

单极性离子群在介电液体内传导时，因离子与液体分子或原子碰撞而拖拽分子、在液体内部产生运动的现象称为离子牵引现象．为了传导单极子离子，可以将电荷的发射极浸于液体中，在发射极和与其相对应的电极之间加上电压即可产生这种效应。利用静电力的作用在液体内部形成压力和流动，所以水分子才可以从物料中脱出。

结论电流体动力学原理应用于电场对生物物料中水分子的输运特性的机理分析尚属首次，可以看作是初步的机理分析。如果进行全面的分析，还需进一步的研究。电流体动力学作为一项在多种领域获得，广泛应用的学科，正迅猛发展，它对传统技术领域的革新具有重大意义。电场对生物物料中水分子的输运特性的研究将是研究热点．这个领域所面临的问题可以分为理论和应用两部分。由丁电流体动力学的机理研究涉及力学、电学、化学、物理等多个学科，物理现象非常复杂，所以机理研究仍有大量工作，需要多学科的学者协同作战。1