纖維過濾材料結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化數(shù)值模擬.pdf

1、纖維過濾器的壓力損失、捕集效率和滲透率都是纖維過濾器非常重要的性能參數(shù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)纖維過濾器的性能研究已經(jīng)好多年了。雖然有幾個(gè)二維三維分析模型用于預(yù)測(cè)過濾器的壓力損失和滲透率，但由于部分研究是將實(shí)際的纖維過濾器的纖維簡(jiǎn)化為規(guī)則排列的結(jié)構(gòu)，而且大多模擬研究都是在二維水平上的，而實(shí)際上纖維過濾器內(nèi)部的氣固兩相流是發(fā)生在三維空間的，所以用這些模型預(yù)測(cè)真實(shí)介質(zhì)實(shí)際結(jié)果還有些差距。纖維分布方式和不同直徑纖維的組合方式對(duì)纖維過濾器的過濾性能起著重

2、要作用。研究纖維過濾器三維空間內(nèi)的流場(chǎng)對(duì)對(duì)深化過濾機(jī)理的研究、優(yōu)化過濾器的設(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)纖維過濾器的微觀結(jié)構(gòu)，本文基于隨機(jī)算法產(chǎn)生三維的纖維過濾介質(zhì)，創(chuàng)建了一系列不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的虛擬三維纖維過濾器模型。并以計(jì)算流體力學(xué)(CFD)軟件FLUENT6.1為平臺(tái)，對(duì)其內(nèi)部的氣相流場(chǎng)在不同運(yùn)行參數(shù)條件下進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。主要的研究工作及研究結(jié)論包括:
　　 (1)通過計(jì)算機(jī)程序建立了多種過濾器

3、模型，主要包括單峰纖維過濾器(組成過濾器的纖維直徑是均一相等的)，雙峰纖維過濾器(過濾器是由兩種不同的直徑纖維按一定比例組成的)和多分散纖維過濾器(組成過濾器的纖維直徑分布呈多分散狀態(tài)，本文只考慮了正態(tài)分布狀態(tài)。)。建立的三維纖維過濾器模型與真實(shí)的過濾介質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)十分相似。
　　 (2)本文主要研究了三種不同排列方式下的單峰纖維過濾器:纖維等間距平行排列模型，纖維交錯(cuò)排列模型和纖維隨機(jī)排列模型。研究結(jié)果表明:過濾風(fēng)速對(duì)這三種過濾

4、器模型的壓力損失影響是一致的，隨著過濾風(fēng)速的增大，壓力損失線性增加。隨著過濾器填充密度的增大，過濾器滲透率非線性減小。但是纖維隨機(jī)排列模型更接近于真實(shí)無紡布微觀結(jié)構(gòu)，隨機(jī)模型的研究結(jié)果最接近于Davies實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另外，本文也得出了三種纖維過濾器模型的無因次壓力損失計(jì)算式，其中纖維隨機(jī)排列模型計(jì)算式與Davice計(jì)算結(jié)果誤差為小于5％，其他兩種計(jì)算式與經(jīng)典模型的計(jì)算結(jié)果誤差均小于10％。
　　 (3)創(chuàng)建了兩種直徑纖維的雙峰纖維

5、過濾器，并利用數(shù)值模擬的研究方法計(jì)算了不同工況下過濾器兩端的壓力損失。并給出了過濾器內(nèi)部流場(chǎng)分布。過濾器兩端的壓力損失隨著迎面風(fēng)速的增大而線性增加的;增大SVF的值，過濾器壓力損失非線性顯著增大。壓力損失隨著粗纖維分?jǐn)?shù)的增大而減少。
　　 (4)創(chuàng)建了纖維直徑正態(tài)分布的多分散纖維過濾器模型，并利用數(shù)值模擬的研究方法計(jì)算了不同工況下過濾器兩端的壓力損失。并給出了過濾器內(nèi)部流場(chǎng)分布。過濾器兩端的壓力損失還是隨著迎面風(fēng)速的增大而線性增