基于阻力的v型褶式滤芯结构参数的响应面法优化

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1、第13卷第5期过程工程学报V1．13N0．52013年lO月TheChineseJournalofProcessEngineeringOct．2013基于阻力的V型褶式滤芯结构参数的响应面法优化查文娟，钱付平，鲁进利，韩云龙(安徽工业大学建筑工程学院，安徽马鞍山243002)摘要：应用计算流体力学方法建立褶式滤芯阻力的二维计算模型，对其气相流场进行了数值模拟，并与文献结果比较．在此模型基础上，利用响应面法研究了褶高()、褶间距(和过滤风速(对V型褶式滤芯阻力的影响，得出了预测模型，并对滤芯结构参数和运

2、行条件进行了优化．结果表明，滤芯阻力的模拟值和文献计算值变化趋势一致；h，W及对滤芯阻力均有影响，但影响显著性Vf>W>h；滤芯阻力随近似呈线性增大，当一定时，存在最优值使滤芯阻力最小，且最优值随h增大而增大；在本研究的各参数范围内，最佳结构参数h=25InlTl，W=IO．899mm，最佳运行参数=0．005m／s．关键词：v型褶式滤芯；数值模拟；响应面法；结构参数；优化；阻力中图分类号：X513文献标识码：A文章编号：1009—606X(2013)05—0771—051前言进行了二维和三维模拟，分

3、析了过滤器内外径、褶数对过滤器阻力的影响．现有研究虽能反映出相关因素对滤褶式滤芯是将一定长度的滤料折叠成褶而形成的芯阻力的影响趋势，但阻力与过滤速度关系的研究都是过滤元件，具有过滤面积大、效率高、阻力小、体积小在滤芯各结构参数固定的基础上进行的，各结构参数对等优点，广泛应用于平板状高效空气过滤器和工业用滤阻力影响的研究都是以其他结构参数及过滤速度固定筒除尘器．降低褶式滤芯的阻力能延长其使用寿命、减为前提，缺少各因素综合影响下的阻力变化情况，无法少过滤器(或除尘器)能耗，进而降低运行成本．低阻高比较各因

4、素对阻力影响的显著性，对滤芯结构参数的优效的滤芯结构形式一直是众多学者的研究目标．化还只停留在对指定褶高一褶间距组合时的阻力对比，褶式滤芯的阻力主要包括气流通过过滤介质形成而不是对一定范围内的褶高和褶间距的优化．的阻力和褶形结构对气流影响形成的阻力．前者主要取本工作以固定过滤介质的V型褶式滤芯为研究对决于过滤介质的属性和通过的气流速度，一般可用象，基于响应面法和数值模拟方法对褶高、褶间距及过Darcy公式计算，后者则取决于褶的形状和结构参数．滤风速3个因素对滤芯阻力的影响进行研究，总结各因常见的褶式滤

5、芯的褶分为U型和V型，有研究者[1I2]通素对滤芯阻力的影响趋势和显著性，并得出关于这3个过理论计算和实验测试对2种过滤器的阻力进行对比分影响因子的二次多项式预测模型．所得结果对优化v型析，证明v型结构优于u型结构．v型褶式滤芯的结构褶式滤芯的结构设计和运行条件、减小其阻力有重要的阻力主要来源于气流进入时进风断面的突缩、出风时出理论价值和现实意义．风断面的突扩及褶对气流的阻挡和摩擦作用，即褶式滤2数值计算模型芯的结构阻力主要决定于其结构参数．理论计算表明，褶式滤芯的阻力可表示为褶数、褶高、过滤介质厚度

6、、2．1模型建立过滤介质的渗透系数、过滤速度、空气动力粘滞系数及本工作的过滤滤芯的结构形式如图l(a)所示，褶高空气密度等因素的函数【3I4]，但主要影响因素是褶高、褶h．为便于对通过滤芯的气流进行模拟，作如下假设[，加]：间距和气流速度，对这3个因素已进行了大量研究．文(1)空气为不可压缩流体，密度不变，空气粘度为常数；献[5]分别对平板状u型和v型褶式空气过滤器进行了(2)气流均匀稳定流向滤芯；(3)过滤介质内部各物性参数值模拟和实验研究，获得了不同褶高、褶间距组合时数各向同性；(4)滤芯的褶为绝

7、对刚体，整个过程中褶不滤芯阻力随过滤速度的变化曲线；文献[6]通过数值模拟产生变形．方法获得了迎面风速一定时不同过滤介质的阻力一褶数图1(b)为褶式滤芯单个褶的二维物理模型，为便于关系曲线；文献【7，8]则分别对褶式筒状过滤器单个褶网格划分、提高计算精确度，将V形结构的褶简化为梯收稿日期：2013-o7一l6，修回日期：2013—08—16基金项目：安徽省自然科学基金资助项目(编号：1308085ME67)：安徽工业大学优秀创新团队资助项目作者简介：查文娟(1987～)，女，河南省信阳市人，硕士研究生

8、，研究方向：工业通风与空气净化，E-mail：zhawenjuan1987@163．tom；钱付平，通讯联系人，E—mail：qfpahut@gmail．tom．772过程工程学报第l3卷形结构，其中W为褶间距，2为褶间夹角，为滤料厚式中，为进口断面当量直径，为空气动力粘滞系数．度，为过滤速度，为气流进ISI速度：从计算结果来看，流动过程处于层流状态，故本模拟采用稳态、层流及不可压缩计算模型，空气密度p=1．225／I=2Vf(h+W2／4)／W．(1)