基于微通道表面帶有靜電的Monolith過濾器過濾性能的模擬研究.pdf

1、高效空氣過濾器（HEPA）得到了廣泛的推廣和普及，是現(xiàn)代潔凈系統(tǒng)最主要的末級過濾器。HEPA是衡量一個國家過濾技術發(fā)展水平的重要標準。HEPA設備的高效節(jié)能和廉價是關鍵。因此，對低阻高效空氣過濾器進行探索性實驗研究是進一步挖掘其市場潛力的一個突破點。
　　monolith過濾器是由篩網(wǎng)狀介質(zhì)加工而成，具有形態(tài)整齊的多孔結(jié)構，流動阻力很小。對于粒徑等于或大于孔徑的粒子具有絕對過濾能力。而對于能夠穿過微孔的亞微米粒子，monolith

2、通道也能表現(xiàn)出很高的過濾能力，使得monolith過濾器成為新型高效空氣過濾器發(fā)展的一個重要方向。同時，隨著微納米級加工技術的發(fā)展，目前核孔膜技術可以生產(chǎn)出孔徑達0.015~10μm的微孔薄膜濾料，使得基于微米級通道的monolith過濾器的研究逐漸被重視。然而，目前國內(nèi)外對于monolith過濾器的理論研究還比較少，通道的過濾機制還不完善，這為monolith過濾器的設計和制造增加了許多麻煩。針對這一情況，本文對 monolith過濾

3、器通道的過濾性能作了全面的研究并與傳統(tǒng)的纖維過濾器作比較，為設計和制造更加高效經(jīng)濟的空氣過濾器提供理論依據(jù)。
　　本文采用單通道理論模型分析了表面帶有靜電的monolith過濾器通道的的過濾性能。首先研究了單個粒子在monolith微通道內(nèi)的運動特點，結(jié)果表明，粒子直徑Dp<0.1μm時主要受到布朗力和靜電力的作用，隨著Dp的增大，粒子的運動逐漸由流動阻力主導。
　　接著，本文還研究了氣流入口速度和方向，靜電力，粒子直徑等因

4、素對monolith通道過濾效率的影響，結(jié)果表明，當Dp<0.1μm時，入口速度u0增大，捕獲效率下降很快，u0>3m/s時，捕獲效率接近于0且不再受氣溶膠入口速度的影響，粒子的捕獲效率隨氣溶膠入射角度的增大幾乎沒有變化，而當Dp>1μm時，隨著u0的增大，通道的捕獲效率先減小后增大，粒子的捕獲效率隨氣溶膠入射角度的增大增加十分明顯。靜電力對monolith通道捕獲效率的影響十分顯著，研究表明，當粒子直徑較小（Dp<0.1μm）時，粒子

5、帶有與通道異種電荷時通道的捕獲效率顯著增強。因此采用人工的方法使monolith過濾器表面帶有穩(wěn)定高密度電荷具有重要意義，目前常用的方法是過濾器制造時在通道表面嵌入駐極體。粒子的直徑是通道捕獲效率最為重要的一個影響因素，隨著粒子直徑的增大，粒子的運動由主要受到布朗力和靜電力的作用逐漸轉(zhuǎn)變成由流動阻力主導。粒子直徑 Dp在0.01μm~1μm內(nèi)，通道的捕獲效率隨著粒子直徑的增大先減小后增大，存在一個效率最低值，此時的粒子直徑稱為最大穿透力

6、直徑Dpmax=0.1~0.4μm。
　　本文還對Monolith過濾器內(nèi)粒子沉積位置沿通道的分布規(guī)律作了分析，結(jié)果表明，大部分的粒子沉積在通道前10％區(qū)域，在其他位置沉積較少且分布較均勻，在工程應用中，對于monolith過濾器的清洗應該集中在通道前10%的位置。Dp=0.05μm時，粒子沿通道沉積位置分布與氣流入口速度方向關系不大，而當氣流入射速度增大時，粒子沿通道沉積位置分布明顯向后移動；Dp=0.5μm時，氣流進入通道的速

7、度增大和一定角度進入通道均能使粒子的沉積位置向后推移。
　　最后，本文在各方面條件相當?shù)那闆r下比較了monolith過濾器與傳統(tǒng)纖維過濾器的過濾性能，結(jié)果表明，在保證氣流入口流速相等的情況下，monolith過濾器在對小粒子（Dp<0.1μm）具有明顯更高的效率；u0=0.1m/s時，纖維過濾器的過濾阻力ΔP=160Pa，monolith過濾器的過濾阻力ΔP=60Pa，約為纖維過濾器的1/3，這再一次證實了monolith過濾器相