Моделирование аэрозольных волокнистых фильтров при накоплении частиц

• Автор: Кирш, Василий Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Теория стационарной фильтрации газов волокнистыми

фильтрами.

1.1.1. Основные определения.

1.1.2. Течение газа в волокнистых фильтрах.

1.1.3. Осаждение частиц на волокнах фильтра

1.2. Теория фильтрации с учтом накопления тврдых частиц в фильтре

Глава 2. Модель фильтра с запылнными волокнами

2.1. Поле течения в модельном фильтре

2.1.1. Решение задачи об обтекании системы цилиндров, покрытых
пористыми проницаемыми оболочками
2.1.2. Предельные переходы и асимптотики.
2.1.3. Определение параметра Бринкмана.
2.2. Осаждение частиц в системе цилиндров с пористыми
оболочками
2.2.1. Осаждение за счт эффекта зацепления
2.2.2. Осаждение вследствие инерции и зацепления.
2.3. Решение задачи с условием эффективного скольжения на пористой
границе.
2.4. Сравнение теории с экспериментом
Глава 3. Кинетика забивки фильтра
3.1. Решение уравнений кинетики забивки фильтра
3.2. Примеры расчта кинетики забивки фильтров.
3.3. Сравнение теории с экспериментом
Глава 4. Оптимизация параметров фильтров.
4.1. Оптимизация многоступенчатых фильтрующих систем с учтом их забивки
4.1.1. Оптимизация системы из двух стуттеней. Постановка задачи
4.1.2. Определение оптимального радиуса волокон
4.1.3. Роль толщины предфильтра
4.2. Оптимизация трхступенчатых систем
4.3. Критерий качества фильтров с модифицированными волокнами
Глава 5. Влияние сил ВандерВаальса на фильтрацию аэрозолей волокнистыми
фильтрами
5.1. Влияние сил ВандерВаальса на осаждение недиффундирующих частиц в волокнистых фильтрах.
5.1.1. Дисперсионное взаимодействие частицы и волокна
5.1.2. Коэффициент захвата частиц конечного размера
5.1.3. Коэффициент захвата точечных частиц.
5.2. Гравитационное осаждение аэрозольных частиц в волокнистом фильтре с учтом действия сил ВандерВаальса
5.2.1. Сравнение с экспериментом.
5 .3. Радиус наиболее проникающих частиц
Заключение
Список литературы


В качестве модели фильтра с запылнными волокнами рассматривается система параллельных цилиндров, покрытых коаксиальными пористыми проницаемыми оболочками, аппроксимирующими слой осадка частиц. Для определения поля течения в системе используется ячеечная модель. Глава 3 посвящена нестационарной фильтрации аэрозолей. Исследована кинетика объмной забивки фильтров в зависимости от времени, концентрации и размера частиц, радиуса волокон, толщины и плотности упаковки фильтра. Глава 4 посвящена расчту оптимальных параметров фильтров в
многоступенчатой системе тонкой очистки газов в зависимости от условий эксплуатации. Дан подход к оптимизации многоступенчатой фильтрующей системы, состоящей из последовательно установленных предфильтров и финишного фильтра как целого, исходя из заданных общей начальной эффективности и конечного предельно допустимого перепада давления в системе. При расчте забивки предфильтров используется развитая в диссертации теория объмной фильтрации. Такие фильтры обладают высокой эффективностью при относительно малом дополнительном сопротивлении и могут использоваться в предфильтрации и при создании высокоэффективных респираторов. Для расчта их эффективности и сопротивления используется развитая в главе 2 теория обтекания волокон с пористыми оболочками. Глава 5 посвящена решению задачи об осаждении частиц из потока на волокна под действием дисперсионных сил сил ВандерВаальса с учтом эффекта электромагнитного запаздывания, кривизны волокон и эффекта скольжения газа на поверхности ультратонких волокон. Рассмотрено совместное действие сил ВандерВаальса и гравитации в процессе осаждения частиц из восходящих и нисходящих потоков. Модель осаждения тврдых аэрозольных частиц из потока газа на запылнные волокна фильтра. Метод расчта кинетики объмной забивки фильтра тврдыми частицами с учтом проницаемости растущего осадка на волокнах и его обратного влияния на поле течения. Метод расчта оптимальных параметров многоступенчатой системы тонкой очистки воздуха, обладающей максимальной пылемкостью при заданных начальной эффективности системы и конечном предельном перепаде давления. Результаты моделирования осаждения частиц на иезапылнные волокна из потока под действием сил ВандерВаальса, а также осаждения частиц конечного размера из восходящих и нисходящих потоков под действием сил вандерваальсова притяжения и гравитации. Глава 1. Волокнистые фильтры получили широкое распространение в качестве фильтров, используемых для тонкого обеспыливания воздуха и газов. Они обладают наименьшим сопротивлением при одинаковой эффективности по сравнению со всеми другими пористыми фильтрующими материалами. Применяемые волокнистые фильтры имеют высокую пористость . Волокна в фильтрах расположены неупорядоченно в плоскостях, нормальных к направлению потока. Осаждение частиц на волокна происходит под действием различных механизмов, определяемых свойствами газового потока, частиц и волокон 16. Расстояние между волокнами обычно значительно больше размера аэрозольных частиц. Фильтры используются при малых скоростях потоков, от долей до нескольких смс, с целью уменьшения перепада давления на них. При таких скоростях течения частицы, коснувшиеся волокон, не сдуваются потоком. Основными характеристиками фильтра являются его эффективность и сопротивление. Е 1 1ехр 2аНг 1. Н толщина фильтра. Определение эффективности 1. Яе, КпРе, Р, Як, С, Т7, а, , а, где Яе 2а0и0 V число Рейнольдса, Кп А1 а0 число Кнудсена, а средняя длина свободного пробега молекул воздуха. Диффузионное осаждение частиц определяется числом Пекле Ре 2а0и0 О, где О коэффициент диффузии частиц. Осаждение за счт эффекта зацепления характеризуется параметром Р гра0. Сс поправка Каннингема на эффект скольжения газа на поверхности субмикронной частицы. Инерция частиц проявляется в их смещении с линий тока, что увеличивает коэффициент захвата. Она становится заметна при 0. Действие других внешних сил электростатических, дисперсионных, термо и диффузиофоретических также влияет на траектории и захват частиц.