纤维面层表面非稳态过滤效率的研究

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1、·l6·2002年第3期纤维面层表面非稳态过滤效率的研究刘君侠!彭伟功向晓东（武汉科技大学）［摘要］在介绍纤维过滤和颗粒过滤的基本理论基础上，根据表面过滤的“尘滤尘”现象，应用颗过滤理论建立了纤维层表面非稳态过滤效率的数学模型。对比研究表明该模型能较深刻地揭示了非稳态过滤过程随过滤进间的变化规律，从而对深化纤维过滤器的净化机理的认识，提高过滤效率、延长滤料使用寿命、加强清灰管理等方面有理论及应用意义。［关键词］纤维颗粒表面过滤非稳态粉尘层除尘效率纤维层过滤是目前主要的烟尘净化方法之一。典的颗粒过滤理论，建立物理意义明确的表面非稳近几年来在世界范围内，纤维过滤器（如袋式除尘态

2、过滤的效率计算式。器）的应用，无论在数量上还是在投入上都比其它除尘设备具有更快的增长速度。特别是覆膜技术（在滤料表面覆一层多微孔、极光滑的E—PTFE薄膜，即膨体聚四氟乙烯薄膜）的应用与推广，使纤维层过滤效率更高、清灰效果更好，甚至可净化有一定粘性的烟尘。从而，进一步促进了纤维过滤技术的发展。纤维层过滤分两种过滤方式：内部过滤和表面过滤。内部过滤又称深层过滤，首先是含尘气体通过洁净滤料，这时，起过滤作用的主要是纤维，因而图l效率和阻力都随过滤时间变化的非稳态过程符合纤维过滤的机理；然后，阻留在纤维表面，此时，!基本理论在滤料表面所形成的粉尘层对含尘气流将起主要的过滤作用，这

3、就是表面过率较小的过滤层，如编织滤纤维过滤的基本理论包括孤立捕尘体（即单根布、覆薄滤料，主要表现为表面过滤。无论何种方纤维，又称“靶”）和纤维层内的收尘效率理论，它是式，收集效率和过滤阻力都随过滤时间而变化，这一研究表面过滤的基础。由于本文在表面非稳态过滤现象称非稳态过滤。如图l所示。于是，过滤层的的建模方法上引用了颗粒过滤理论，所以先简单介收集效率既是孤立捕尘体（单根纤维、尘粒）收集效绍纤维过滤和颗粒过滤的基本理论。率的函数，又是过滤时间的函数。!.!孤立体捕尘与纤维层过滤理论由于研究非稳态过滤对评价纤维滤料的收尘性（l）孤立体捕尘效率能（效率、粉尘载荷、压损等）和运行管

4、理（清灰方式、我们知道，研究纤维层和颗粒层的捕尘效率是清灰效果、清灰时间控制、滤料使用寿命等）具有重以单根纤维和单一颗粒的捕尘机理为基础的。纤维要意义，所以关于非稳态过滤一直是纤维过滤理论和颗粒的捕尘机理相同，主要有拦截、惯性碰撞和扩及应用中的一个重要研究课题，许多研究者提出了散效应。如图2所示。其中，把单根纤维看作“孤立非稳态过滤的效率和压力损失模型，其中，关于内部圆柱体”，把单一颗粒看作“孤立球体”的分析模型最过滤的非稳态过程研究比较成熟，而在表面非稳态简单而被普遍采用。在实际过滤过程中，由于纤维过滤效率方面的研究较少，同时还存在着建模方法（或颗粒）直径小，而且过滤风速

5、低，绕纤维或颗粒流不完善、表达式较复杂，某些参数难以确定等问题。动的雷诺数很小，故采用粘性假设较合理。郝吉明、因此，本文将根据表面过滤的“尘滤尘”现象，采用经马广大给出了孤立体在粘性流条件下的捕尘效率计作者简历：!刘君侠，女，工程师，武汉科技大学资源环境学院硕士研究生，43008l收稿日期：2002-0l-06建筑热能通风空调·l7·算式［l］。Hex（p-ClH）UA=l-H=l-l+C［tl-ex（p-CH）］（4）02l其中系数C2为KUSp2C2=cp（4l-B）A式中———已沉积的单一尘粒对后续粉尘的综USp合收集效率。显然，当过滤时间t=0时，上式为洁净滤料的过

6、滤效率。于是，稳态过滤可以看成是非稳态过滤的一个特例。图2经典过滤机理关于孤立捕尘体对粒子的拦截，惯性碰撞、扩散等各种效应同时作用时的捕集机理，众多的研究者进行过大量的理论和试验研究，建立了许多繁难的数理模型［2］。但到目前为止，还没有得到较普遍认可的令人满意的理论结果。于是，近拟地把各效应同时作用下的综合效率用串联模式来处理较符合实际［3］图3滤料内部已沉积粒子的纤维层动态过滤US=l-（l-UR）（l-UI）（l-UD）AA（l）!."颗粒层过滤理论式中，、、分别为拦截效应、惯性碰撞效应和扩颗粒层过滤与纤维过滤具有相同的过滤机理。URUIUD散效应单独作用时的收集效率。

7、在过滤过程中，把一种颗粒介质看成许多球形捕集当粉尘直径cp>lPm时，可忽略扩散效应。当体的集合。其建模思想是：以单元床层作桥梁，把颗粉尘直径cp!lPm时，可忽略拦截和惯性碰撞效应。粒层过滤效率和孤立球捕尘体的效率联系起来。考（2）纤维层过滤效率虑到国内很少有文献介绍颗粒层过滤理论方面的内纤维过滤层是以很多捕集体的集合形式而存容，为此，这里将简述研究较成熟、应用较普遍、模型较简单的球体组成的过滤介质收尘效率理论［6］。在。因此，过滤层的收集效率是多个孤立捕集体的群体贡献。过滤过程分三阶段（如图l所示）：洁净滤料的