纖維材料過(guò)濾特性的數(shù)值模擬.pdf

1、壓力損失、捕集效率是纖維過(guò)濾器兩個(gè)重要性能參數(shù)。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展了相關(guān)的研究。但大部分都是將實(shí)際纖維過(guò)濾器中的纖維簡(jiǎn)化為規(guī)則排列結(jié)構(gòu)，而且都是基于二維空間以及低速過(guò)濾運(yùn)行狀態(tài)，這與實(shí)際發(fā)生在三維空間的纖維過(guò)濾器內(nèi)部氣固兩相流流動(dòng)并不符合，因此用這些模型預(yù)測(cè)真實(shí)纖維過(guò)濾器的過(guò)濾性能還有些差距。盡管現(xiàn)今已有幾個(gè)學(xué)者對(duì)三維纖維過(guò)濾器模型進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，但都是假定其流場(chǎng)是符合達(dá)西定律的，而且對(duì)于纖維過(guò)濾器的過(guò)濾效率研究較少。另外，對(duì)于表

2、征纖維過(guò)濾器復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分維數(shù)研究也較少。因此深入分析纖維過(guò)濾器三維空間內(nèi)的氣固兩相流流動(dòng)以及隨機(jī)纖維的分形維數(shù)對(duì)過(guò)濾性能的影響，對(duì)優(yōu)化過(guò)濾器的設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)有重要意義。
　　 為獲得更真實(shí)纖維過(guò)濾器的微觀結(jié)構(gòu)，本文基于隨機(jī)算法創(chuàng)建了一系列虛擬的三維纖維過(guò)濾器模型。并以FLUENT6.3為平臺(tái)，模擬研究了不同運(yùn)行條件下的氣固兩相流流動(dòng)。此外，基于分形理論的研究，計(jì)算了隨機(jī)纖維過(guò)濾器模型的分維數(shù)，并研究了其與相應(yīng)模型的過(guò)濾性能之

3、間的關(guān)系。主要的研究工作及研究結(jié)論包括：
　　 (1)通過(guò)計(jì)算機(jī)程序建立了隨機(jī)纖維過(guò)濾器模型，使其與真實(shí)的非織造布微觀構(gòu)造非常相似。
　　 (2)本文重點(diǎn)研究了三維隨機(jī)纖維過(guò)濾器模型的氣相流場(chǎng)。研究結(jié)果表明：隨著過(guò)濾器填充密度的增大，壓力損失非線性增加；隨著迎面風(fēng)速的增加，壓力損失一開(kāi)始呈線性增加，但隨后呈非線性增加，并且其氣相流場(chǎng)可分為線性流以及非線性流兩個(gè)流動(dòng)階段。在線性流內(nèi)，氣相流動(dòng)符合達(dá)西定律，而且隨機(jī)模型的模擬

4、結(jié)果與Davies實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算值較吻合。而在非線性流內(nèi)，達(dá)西定律不能精確描述其流動(dòng)，而需用Forchheimer方程進(jìn)行描述?；谀M數(shù)據(jù)的分析，本文得出了線性流與非線性流的臨界速度，并通過(guò)擬合計(jì)算，得到一個(gè)適合線性流以及非線性流的壓力損失表達(dá)式。
　　 (3)在流場(chǎng)的分析基礎(chǔ)上，采用DPM離散相模型模擬計(jì)算了不同條件下穩(wěn)態(tài)過(guò)濾階段的顆粒相流動(dòng)。研究表明隨機(jī)模型的過(guò)濾效率隨著顆粒直徑的增大而增加；隨著過(guò)濾速度的增大，也逐漸增加至