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(jí)過濾器。HEPA是衡量一個(gè)國家過濾技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。HEPA設(shè)備的高效節(jié)能和廉價(jià)是關(guān)鍵。因此，對低阻高效空氣過濾器進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)研究是進(jìn)一步挖掘其市場潛力的一個(gè)突破點(diǎn)。
　　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(gòu)，流動(dòng)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(gè)重要方向。同時(shí)，隨著微納米級(jí)加工技術(shù)的發(fā)展，目前核孔膜技術(shù)可以生產(chǎn)出孔徑達(dá)0.015~10μm的微孔薄膜濾料，使得基于微米級(jí)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(jī)制還不完善，這為monolith過濾器的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和制造更加高效經(jīng)濟(jì)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(gè)粒子在monolith微通道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，結(jié)果表明，粒子直徑Dp<0.1μm時(shí)主要受到布朗力和靜電力的作用，隨著Dp的增大，粒子的運(yùn)動(dòng)逐漸由流動(dòng)阻力主導(dǎo)。
　　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(dāng)Dp<0.1μm時(shí)，入口速度u0增大，捕獲效率下降很快，u0>3m/s時(shí)，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(dāng)Dp>1μm時(shí)，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(dāng)粒子直徑較?。―p<0.1μm）時(shí)，粒子

5、帶有與通道異種電荷時(shí)通道的捕獲效率顯著增強(qiáng)。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(shí)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(gè)影響因素，隨著粒子直徑的增大，粒子的運(yùn)動(dòng)由主要受到布朗力和靜電力的作用逐漸轉(zhuǎn)變成由流動(dòng)阻力主導(dǎo)。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(gè)效率最低值，此時(shí)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(yīng)用中，對于monolith過濾器的清洗應(yīng)該集中在通道前10%的位置。Dp=0.05μm時(shí)，粒子沿通道沉積位置分布與氣流入口速度方向關(guān)系不大，而當(dāng)氣流入射速度增大時(shí)，粒子沿通道沉積位置分布明顯向后移動(dòng)；Dp=0.5μm時(shí)，氣流進(jìn)入通道的速

7、度增大和一定角度進(jìn)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(dāng)?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(shí)，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(shí)了monolith過濾器相