PHYSICAL AND MATHEMATICAL MODELLING OF ELECTROSTATIC INTERACTION OF DISPERSE PARTICLES ON THE SURFACE
Authors: Кудряшова О.Б. , Степкина М.Ю. , Антонникова А.А. 
Published: October 2024

Существует проблема очистки помещений от вредных веществ и микроорганизмов. Особенно сложной задачей представляется дезинфекция поверхностей помещений, на которых могут быть мельчайшие частицы вредных и опасных веществ. В качестве решения этой проблемы предлагается способ дезинфекции поверхностей помещений с помощью сорбции вредных дисперсных веществ (например, микроорганизмов или токсичных наночастиц) на заряженных частицах специально распыленных порошков. Цель работы заключается в моделировании взаимодействия электростатически заряженных частиц сорбента и частиц сорбтива на поверхности. Методы исследования: математическое моделирование, оптическая и электронная микроскопия. В работе предлагается физико-математическая модель электростатического взаимодействия заряженных частиц порошка сорбента, напыленного на поверхность, с мельчайшими частицами вредных конденсированных образований. Частицы сорбтива, являющегося диэлектриком, благодаря электростатической индукции приобретают заряд, противоположный заряду частицы сорбента. Для описания взаимодействия частиц рассматриваются силы Кулона и трения. Представлены расчетные значения заряда, получаемого частицами в поле коронного разряда. Получены математические соотношения, позволяющие определить временные характеристики взаимодействия электростатически заряженных частиц с нейтральными конденсированными дисперсными частицами на поверхности. Определены условия (концентрация, масса частиц и их заряд) при которых взаимодействие не произойдет. Данные условия выражены в виде безразмерного критерия. Проведены эксперименты по визуализации процесса сближения заряженных и электронейтральных частиц на поверхности. Показано, что сближение заряженных и электронейтральных частиц на поверхности происходит в течение десятков минут, что коррелирует с теоретическими расчетами. Результаты работы могут быть использованы в системах очистки и дезинфекции поверхностей помещений.

Abstract – There is a problem of rooms cleaning of harmful substances and microorganisms. A disinfection of surfaces of rooms on which there can be smallest particles of harmful and dangerous substances are represented an especial difficult issue. As the solution of this problem we propose the way of disinfection of rooms surfaces with a sorption of harmful disperse substances (for example, microorganisms or toxic nanoparticles) on charged particles of specially sprayed powders. The purpose of this work is a modeling of interaction of electrostatic charged sorbent particles and sorbtiv particles on a surface. Research methods are: mathematical modeling, optical and electronic microscopy. In the work we propose the physical and mathematical model of electrostatic interaction of charged particles of the sorbent powder which is sprayed on a surface, with the smallest particles of the harmful condensed materials. Dielectric particles of the sorbtiv get the charge opposite to a sorbent particle charge with a phenomena of electrostatic induction . We consider forces of the Coulomb and friction for the description of the interaction of particles. Calculated values of the charge received by particles in the field of the corona discharge are presented. We obtained the mathematical ratios allowing to estimate the temporary characteristics of interaction of electrostatically charged particles with the neutral condensed disperse particles on a surface. Conditions (concentration, mass of particles and their charge) at which interaction won't occur are defined. These conditions are expressed as a dimensionless criterion. Experiments on visualization of process of rapprochement of the charged and electroneutral particles on a surface are made. Rapprochement of the charged and electro-neutral particles on a surface  is shown to happen during tens of minutes that correlates with theoretical calculations. Results of the work can be used in the systems of cleaning and disinfection of surfaces of rooms.