影響過(guò)濾效率的因素
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影響纖維過(guò)濾器效率的因素很多,其中主要有微粒直徑、纖維粗細(xì)、過(guò)濾速度和填充率等。
(1)微粒尺寸
過(guò)濾器從氣流中分離高分散微粒是在多種機(jī)理共同作用下實(shí)現(xiàn)的。由于擴(kuò)散作用隨微粒減小而增強(qiáng)、而攔截、慣性碰撞和重力沉降等作用隨微粒增大而增強(qiáng),所以過(guò)濾器總效率隨微粒增大會(huì)岀現(xiàn)一個(gè)最低點(diǎn)。在大多數(shù)情況下,纖維過(guò)濾器的最低效率點(diǎn)出現(xiàn)在0.1~0.4um。必須說(shuō)明的是,該最低效率對(duì)應(yīng)的粒徑并不是一個(gè)定值,它隨微粒的性質(zhì)、纖維的特性以及過(guò)濾速度而發(fā)生變化。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn),隨著濾速的增加,穿透率的最大值向小粒徑方向移動(dòng)。
(2)微粒種類
即使微粒尺寸相同,處于不同相態(tài)的微粒對(duì)過(guò)濾效率也有不同的影響。實(shí)驗(yàn)表明,過(guò)濾固態(tài)微粒比過(guò)濾液態(tài)微粒效率要高。而且用液態(tài)DOP(鄰苯二甲酸二辛酯)微粒對(duì)幾種過(guò)濾材料做試驗(yàn),均有固定效率,隨著濾速的增加,相態(tài)對(duì)效率的影響逐漸減小。其原因歸納起來(lái)有:固態(tài)微粒的凝聚較液態(tài)顯著;電荷對(duì)固態(tài)微粒的影響較液態(tài)一人;固態(tài)微粒能明顯增加過(guò)濾器負(fù)荷;液態(tài)微粒被捕集到纖維上時(shí)發(fā)生破損;不同相態(tài)密度上的差異等。
(3)微粒形狀
計(jì)算過(guò)濾器效率或進(jìn)行過(guò)濾器效率實(shí)驗(yàn)時(shí),常常采用球形微粒,而球形微粒與纖維濾料接觸時(shí),接觸面積比不規(guī)則形狀的微粒要小,因而不規(guī)則形狀微粒的沉積概率就大。在通常情況下,被過(guò)濾空氣中的微粒是不規(guī)則的,所以實(shí)際過(guò)濾效率會(huì)略高于計(jì)算或?qū)嶒?yàn)值。
(4)纖維粗細(xì)和斷面形狀
較小的纖維直徑具有較高的捕集效率,所以在選擇濾料時(shí)力求選用較細(xì)的纖維,但由于纖維直徑越細(xì),通過(guò)纖維層的氣流阻力越大,這是需要慎重考慮的。通常認(rèn)為,纖維斷面形狀對(duì)過(guò)濾效率影響不大。
(5)過(guò)濾速度
過(guò)濾速度分為”面速“和”濾速“。”面速”是指過(guò)濾器斷面上通過(guò)氣流的速度。面速反映過(guò)濾器的處理能力和占地面積,面速越大,安裝過(guò)濾器所需的面積越大。所以,面速是反映過(guò)濾器結(jié)構(gòu)特性的重要參數(shù)。 “濾速”是指濾料面積上通過(guò)氣流的速度。隨著濾速的增加,擴(kuò)散效率下降,慣性碰撞和攔截效率則提高。所以總效率隨著濾速增加“先下降后上升“,即存在一個(gè)與最低效率或最大穿透率對(duì)應(yīng)的濾速。從實(shí)驗(yàn)了解到,單一玻璃纖維效率與濾速的定量關(guān)系。當(dāng)纖維粒徑為20um時(shí),0.7um微粒的最大穿透率出現(xiàn)在0.8m/S附近,而2um微粒的這個(gè)數(shù)值則在0.2–0.3m/S。因此,在設(shè)計(jì)過(guò)濾器時(shí),應(yīng)根據(jù)需要濾除的主要粒徑范圍和纖維直徑,選擇合適的濾速。
(6)纖維填充率
實(shí)驗(yàn)證明,隨著纖維填充率的提高,過(guò)濾總效率將提高。這是因?yàn)椋S著纖維填充率的提高,纖維間的流速加快,慣性效率和攔截效率都會(huì)提高,其增幅大于濾速提高引起的擴(kuò)散效率下降的幅度。不過(guò),此時(shí)過(guò)濾器阻力的增加比總效率的提高要快得多。所以,一般不采用增大填充率來(lái)提高過(guò)濾效率。
(7)氣流溫度
被過(guò)濾氣流溫度升高,其擴(kuò)散效率增加,但也導(dǎo)致氣體的黏性增大,從而使依靠重力作用和慣性作用的大微粒的沉積效率下降,同時(shí),也使過(guò)濾阻力增大。
(8)氣流壓力
被過(guò)濾氣流壓力降低,將使氣流密度減小,空氣分子自由行程變大,從而使擴(kuò)散效率、慣性效率都增加,而對(duì)攔截效率影響不大。若壓力、溫度同時(shí)增加,由于壓力的增加比溫度的增加給予黏性的影響大得多,所以慣性效率下降。
(9)容塵量
過(guò)濾器容塵量描述濾料表面的積灰能力,通常將運(yùn)行中過(guò)濾器的終阻力達(dá)到其初阻力1倍(或其他倍數(shù))的數(shù)值時(shí),或者效率下降到初始效率的85%以下(一般對(duì)于預(yù)過(guò)濾器來(lái)說(shuō))時(shí),過(guò)濾器上沉積的灰塵質(zhì)量,作為該過(guò)濾器的容塵量。隨著微粒在纖維表面沉積,過(guò)濾器的容塵量不斷增加,過(guò)濾過(guò)程進(jìn)入第二階段,即不穩(wěn)定過(guò)濾階段。灰塵在纖維上的沉積,好比樹(shù)枝上的積雪,被稱為樹(shù)枝晶狀模型。過(guò)濾效率隨著客塵量的增加而提高。
(10)氣流濕度
被過(guò)濾的氣流濕度增加后,將使微粒的穿透能力提高,從而降低了效率,原因是濕空氣使靜電效應(yīng)消失,布朗運(yùn)動(dòng)減弱,而使微粒容易被后來(lái)的氣流夾帶繼續(xù)穿透。
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