两不同级别过滤器组合对颗粒过滤性能模拟
双效汽车空调滤芯对细颗粒物过滤效果的试验研究
双效汽车空调滤芯对细颗粒物过滤效果的试验研究
李阳阳;滑海宁;马志义;梁继超;冯坚
【期刊名称】《装备维修技术》
【年(卷),期】2018(0)1
【摘要】论文对10个不同品牌的双效汽车空调滤芯对不同粒径颗粒物的过滤效果进行研究,并分析目前产品的过滤盲区和原因。
通过粒径谱仪和粉尘计数器对
10μm以下9段粒径的颗粒物过滤效果进行测试,并使用光学显微镜观察不同滤芯内部结构,分析结构原因。
论文发现试验样品的过滤盲区的颗粒物粒径范围为0.1～0.3μm,平均过滤效率不足20%,初始压力降较大的样品在压力降上升后,对于盲区颗粒物的过滤效果有所提升。
0.1～0.3μm粒径范围内颗粒物的过滤需要关注,双效过滤器可通过提升内部阻力和减少夹层内活性炭的破碎提高颗粒物的过滤效率。
【总页数】9页(P30-38)
【关键词】双效汽车空调过滤器;超细颗粒物;过滤效率;显微
【作者】李阳阳;滑海宁;马志义;梁继超;冯坚
【作者单位】长安大学汽车学院;陕西省交通新能源开发应用与汽车节能重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】U467.3;U463.94
【相关文献】
1.通风用空气过滤器的细颗粒物（PM2．5）过滤效率研究 [J], 涂有;涂光备;张鑫
2.《纺织品细颗粒物过滤性能试验方法》标准解析 [J], 刘飞飞
3.F级中效过滤器对细颗粒物过滤及容尘性能研究 [J], 王亚男;王宇
4.F级中效过滤器对细颗粒物过滤及容尘性能研究 [J], 王亚男;王宇
5.汽车空调滤芯净化效果和车载空气净化器净化车内空气研究 [J], 石非;赵继波;霍任锋
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颗粒物对惯性除尘器过滤效率影响的研究
颗粒物对惯性除尘器过滤效率影响的研究李艳波;曹凯超;白翔宇;牛克路【摘要】为了研究含尘气流中的颗粒物流速与粒径对惯性除尘器过滤效率的影响,采用Fluent软件对惯性除尘器的模型进行模拟分析.结果表明:同样的颗粒物,流速越大,惯性过滤器的过滤效果越差;固定流速为6 m/s时,粒径大于100μm的颗粒几乎全部被除尘器过滤,沉降在底面;粒径在100μm以内的颗粒部分不能被过滤;过滤物颗粒风速越大,粒径越小,则过滤效果越差.惯性除尘器适用于过滤大颗粒低流速的介质.【期刊名称】《过滤与分离》【年(卷),期】2016(026)002【总页数】4页(P22-25)【关键词】过滤效率;惯性除尘器;颗粒粒径;颗粒流速【作者】李艳波;曹凯超;白翔宇;牛克路【作者单位】新乡市天诚航空净化设备有限公司,河南新乡 453000;新乡市天诚航空净化设备有限公司,河南新乡 453000;新乡市天诚航空净化设备有限公司,河南新乡 453000;新乡市天诚航空净化设备有限公司,河南新乡 453000【正文语种】中文【中图分类】X701.2;TQ051.8+5机械式除尘主要用于高浓度、大颗粒粉尘的预净化，分为重力沉降室、惯性除尘器和旋风分离器［1］。
利用运动中尘粒的惯性力大于气体的惯性力的特性将尘粒从含尘气流中分离出来的设备被称之为惯性除尘器。
惯性除尘器用于净化密度和粒径较大（捕集10～20微米以上的粗尘粒）的金属或矿物性粉尘，具有较高的除尘效率。
这种除尘器结构简单，阻力较小。
惯性除尘器的捕集效率比重力沉降室高，但仍为低效率除尘设备。
早期的惯性除尘器主要以挡板的形式安装在重力沉降室内，用以改善重力沉降室的除尘效果［2］。
惯性除尘器种类很多，根据除尘原理大致可分为惯性碰撞式和气流折板式两类。
碰撞式除尘器是利用一级或几级挡板阻挡气流前进，使含尘气流与挡板相撞，借助其中粉尘粒子的惯性力使气流中尘粒分离出来。
采用槽型挡板组成的气流折板式除尘器，含尘气流从两板之间的缝隙以较高的速度喷出流向下一排槽型板的凹部，然后气流沿圆弧状的边沿绕流到下一排，粉尘则通过碰撞（粉尘与槽型板之间或粉尘粒子之间的碰撞）减少势能，最终沿槽型板板面落入下面灰斗中。
两种空气净化设备效能的数学建模
两种空气净化设备效能的数学建模一、基于HEPA过滤器的空气净化设备效能数学建模HEPA过滤器是一种高效的空气净化设备，其主要作用是过滤空气中的微小颗粒物，如灰尘、花粉、烟雾等，从而提高室内空气质量。
为了评估HEPA过滤器的效能，我们可以采用以下数学模型：1. 空气净化效率模型空气净化效率是指HEPA过滤器能够过滤掉的颗粒物的百分比。
假设HEPA过滤器的过滤效率为E，空气中的颗粒物浓度为C，过滤器的空气流量为Q，则空气净化效率可以表示为：空气净化效率 = E × C × Q2. 过滤器寿命模型HEPA过滤器的寿命取决于其过滤效率和使用时间。
假设HEPA过滤器的过滤效率为E，使用时间为T，则过滤器的寿命可以表示为：过滤器寿命 = E × T3. 能耗模型HEPA过滤器的能耗取决于其空气流量和电力消耗。
假设HEPA过滤器的空气流量为Q，电力消耗为P，则能耗可以表示为：能耗 = Q × P二、基于光触媒技术的空气净化设备效能数学建模光触媒技术是一种新型的空气净化技术，其主要作用是利用光触媒材料催化分解空气中的有害气体，如甲醛、苯等，从而提高室内空气质量。
为了评估光触媒空气净化设备的效能，我们可以采用以下数学模型：1. 空气净化效率模型光触媒空气净化效率是指光触媒材料催化分解有害气体的百分比。
假设光触媒空气净化设备的净化效率为E，空气中有害气体的浓度为C，则空气净化效率可以表示为：空气净化效率 = E × C2. 光触媒材料寿命模型光触媒材料的寿命取决于其催化分解有害气体的效率和使用时间。
假设光触媒材料的催化分解效率为E，使用时间为T，则光触媒材料的寿命可以表示为：光触媒材料寿命 = E × T3. 能耗模型光触媒空气净化设备的能耗取决于其电力消耗和光源的使用时间。
假设光触媒空气净化设备的电力消耗为P，光源的使用时间为T，则能耗可以表示为：能耗 = P × T基于HEPA过滤器和光触媒技术的空气净化设备都可以通过数学建模来评估其效能。
高效过滤器模拟测试
洁净采样取样车设备 固定式空气自净器 移动式空气自净器洁净设备 窗式空气净化器 洁净采样车 高效送风口、散流板 彩钢夹芯板/岩棉板 恒温恒湿室
kin=0.5nU2(1)
εin=cμkin2Re/UL(2)
式中:n为所取的入流湍流动能为平均动能的百分数,可在0.50/0～1.50/0,此处取为10/0;U为入流速度,m/s;Re为入流的湍流雷诺数,可按400取值;L为湍流特征长度,m,对于正方形风口取为风口边长;cμ为常数,0.09.
高清洁洁净层流罩 高清洁不锈钢净化层流罩 单机除尘器PL系列除尘器 SH-C移动式除尘器 不锈钢滤桶式除尘器 袋式除尘器空气过滤器 不锈钢除尘罩排烟罩 防火阀
净化配件/臭氧/空调机组 尘埃粒计数器红外线风淋锁 橡胶膜片气体压差计 净化配件和专用铝型材介绍 初中效排风机箱 不锈钢清洗池 进口材料不锈钢洁净地漏
(6)回风口为单层百叶回风口,有效出流面积为500/0,满足充分发展段紊流出口模型.
吴江市伟峰净化设备有限公司
吴江市伟峰净化设备有限公司
吴江市伟峰设备有限公司（诚信通会员）环宝通档案编号46420070709011公司动态：2 高效过滤器模拟测试2009扩散孔板的开孔情况影响着室内流场、室内空气洁净度、洁净室自净时间和扩散板阻力.对GF01
FFU风机过滤机组 高品质FFU净化装置 风机过滤器机组FFU 吴江手动调节阀风量调节阀 不锈钢传递窗 传递窗/高效送风口 回风窗方形散流器 电动多叶调节阀
吴江伟峰防火阀排烟阀 机械电子连锁传递窗 吴江高品质不锈钢传递窗 高效生物洁净传递窗 机械连锁传递窗 电子连锁传递窗 高效过滤器高效保温送风口 自净层流回风口
空气过滤器等级表
空气过滤器等级一览表
空气过滤器效率等级划分
G1 40%
G2 65%
G3 85%
G4 90%
此上为初效过滤器，针对的为5微米的尘埃粒子，一般检测方法为计重法。
F5 45%
F6 65%
F7 85%
F8 90%
F9 95%
此上为中效过滤器，针对的为1微米的尘埃粒子，一般检测方法为比色法。
H10 95%
H11 99%
H12 99.9%
此上为亚高效过滤器，针对的为0.3微米的尘埃粒子，一般检测方法为DOP法。
H13 99.95-9% 一般说法为4个9，严格意义来讲为3个9点5
H14 99.995-9% 一般说法为5个9，严格意义来讲为4个9点5
此上为高效过滤器，针对的为0.3微米的尘埃粒子，一般检测方法为DOP法。
U15 99.9995%
U16 99.99995%
U17 99.999995%
此上为高效过滤器，针对的为0.12微米的尘埃粒子，一般检测方法为DOP法。
qct970对应的过滤等级
qct970对应的过滤等级全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：QCT970是一款常见的过滤器，广泛用于家用和工业领域。
它具有多种过滤等级，每种等级都有不同的应用场景和过滤效果。
在本文中，我们将探讨QCT970对应的过滤等级，并介绍其特点和用途。
QCT970过滤等级通常从G1到G4，分别代表不同的过滤效率。
G1是最低等级的过滤器，一般用于预过滤或粗过滤，适用于一些不太重要的场合。
G1等级的过滤器能够过滤大颗粒的灰尘和污染物，但对细小颗粒的净化效果有限。
G1等级的过滤器主要用于空气中含有大颗粒物的环境，比如工地等。
G2是稍高一级的过滤器，能够过滤掉更小的颗粒物和细微的灰尘，具有更好的净化效果。
G2等级的过滤器适用于一般家庭和商用环境，可以有效净化空气中的微尘和细菌，提高室内空气质量。
G2等级的过滤器还可以延长设备的使用寿命，减少维修保养的频率。
在选择QCT970过滤等级时，需要根据具体的使用场景和需求来选择合适的等级。
对于一般家庭和商用环境，G2等级的过滤器已经能够满足需求。
而对于一些对空气质量要求更高的环境，如医院、实验室等，则需要选择G3或G4等级的过滤器。
QCT970具有多种过滤等级，能够满足不同场合的需要。
通过选择合适的过滤等级，可以有效净化空气，改善室内空气质量，保障人们的健康。
希望本文对您了解QCT970对应的过滤等级有所帮助。
第二篇示例：QCT970对应的过滤等级指的是相应短波紫外照射下，该过滤器对细菌、病毒等微生物的过滤效果。
QCT970过滤等级则是为评估和衡量QCT970过滤器在过滤微生物时的过滤效率而设定的一种标准。
QCT970过滤等级是由国际标准组织设定，具有一定的权威性和参考价值。
QCT970过滤等级的主要目的在于确保QCT970过滤器在实际使用中能够有效地过滤细菌、病毒等微生物，从而提供更加干净、健康的水质。
QCT970过滤等级通常采用一系列数值来表示，例如0.1、0.2、0.3等。
高效空气过滤器的数值模拟
高效空气过滤器的数值模拟摘要：1.引言随着人们生活水平的提高，室内的空气质量对人体健康的影响已成为社会普遍关注的重要问题之一。
特别是电子技术的发展，生产工艺对生产环境的要求越来越高，其中对洁净度的要求最高，而要达到要求的洁净度，最关键的设备就是高效空气过滤器。
高效空气过滤器的好坏直接关系到产品的质量。
高效空气过滤器得以推广和普及，设备的廉价和节能是关键。
为此本文根据数值模拟方法对不同速度不同流型下的高效空气过滤器模型进行数学物理建模，采用商用软件对其进行数值模拟分析过滤器内部的流场特征，研究过滤器内部的流动和过滤规律,并和理论结果进行比较拟合了阻力计算公式。
这样就可以在减少实验费用的情况下，更新过滤器结构，降低过滤器阻力和运行费用。
尤其是在当前国际、国内能源相对紧缺的情况下，并且提高了能源的利用率和降低了能耗、保护了环境，对提高人们生活质量具有更加现实的意义。
2. 模型的建立及计算2.1过滤器结构图高效空气过滤器结构如图1。
(a)有分隔板结构 (b)无分隔板结构图1 高效空气过滤器外观图2.2控制方程流体运动都受到最基本的三个物理规律的支配，即质量守恒、动量守恒及能量守恒。
描述流动的这些守恒定律的数学表达式—偏微分方程被称为控制方程(governing equations)[]20。
本文所研究的问题基本为常温下忽略能量传递的稳态流动。
所以控制方程可以写为: 连续性方程（质量守恒）：d()0=Uiν动量方程：()()()χρννν∂P∂-⋅=+∂∂1graduduUduiit()()()ygraddUdiit∂P∂-⋅=+∂∂ρνννννν1()()()zgradwdwUdwiit∂P∂-⋅=+∂∂ρννν1其中p为压力，ρ为流体的密度，μ为流体的动力粘度，ν为流体的运动粘度。
2.3网格划分及计算模型网格划分如图2所示，边界条件具体设置为：进口为速度进口；出口采用自由出口边界条件；壁面均采用选择无滑移固体壁面。
几种欧美空气过滤器检测方法的对比
几种欧美空气过滤器检测方法的对比几种欧美空气过滤器的效率检测中制备气溶胶的方法相同，均为压缩空气雾化器的方法。
但是二者所用的气溶胶并不相同：美国选用的气溶胶为非球形多分散固相干燥氯化钾，欧洲所用气溶胶为球形单分散雾化DEHS(DOS／DES)液滴。
气溶胶制备系统都包括盛装溶液的容器和喷嘴。
高速的无尘压缩空气将溶液引射进入喷嘴，溶液被雾化生成气溶胶。
通过调整喷嘴的气压和流量来控制气溶胶浓度。
这样就实现了试验尘源颗粒分散度及浓度的灵活控制，测试结果重复性好。
欧洲所用溶液为未经稀释或处理的DEHS(DOS／DES)溶液，并直接将雾化的DEHS液滴注入实验台。
而美国所用溶液为氯化钾溶液，生成的雾化液滴通过一个l300mm的高塔，大尺寸粒子沉降脱离出来。
并在高塔中用洁净干空气对盐液小滴进行干燥，再将固相干燥的氯化钾逆流送入试验管道中，使其与气流充分混合。
此外，欧美所用气溶胶的粒径分布也不同。
美国选用的氯化钾粒径为0．3m～l0m，欧洲所用DEHS(DOS／DES)液滴粒径范围为0．2m～3．0m。
可以看出，美国所用气溶胶粒径较大。
空气过滤机效率检测中粒径范围的确定与过滤机的应用场合、卫生要求及检测设备的现状密切相关。
空气过滤机净化的主要对象是工业粉尘或大气尘，其粒径范围一般为l0。
LLm～l0m。
在湍流的情况下，小于等于l0m的粒子可以悬浮于大气中，而大于l0m的粒子由于其沉降速度较大很难发生稳定悬浮，也就很少被气流携带到过滤机阎。
所以，试验气溶胶的粒径范围的上限取l0m就可以满足空气过滤机应用场合的要求。
另外，对于粒径为l0。
m～lm的粒子主要涌过高效过滤的方法去除。
很多大气中的工业污染物诸如：煤炭、混凝土的细粉，大气尘中的一些能危害到肺部的灰尘、细菌，粒径均大于3,0m，出于环境和人体健康的要求，这些都需要由空气过滤机处理嘲。
而欧洲所选的气溶胶粒径范围为0．2m～3．0m，粒径过小，不符合过滤机的实际应用环境。
06空气过滤器分类及等级
空气过滤器分类和等级一、按过滤器效率分类可分为粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器在空气过滤净化系统中，常采用粗(初)效过滤器、中效过滤器、高效过滤器0.3μm(或亚高效过滤器0.5μm)组成的三个等级的过滤方式。
粗效过滤器：又叫初效过滤器，可以处理5μm以上的微粒和异物。
中效过滤器：能处理1μm~10μm的悬浮性微粒，起到保护过滤器的作用。
亚高效过滤器：处理粗、中效过滤器不能或很难除去的1μm以下的微粒，以此来控制送风系统的部位。
二、按过滤器材质分类大致可分为以下几种：PTFE过滤器、玻璃纤维过滤器、静电过滤器、活性炭纤维过滤器。
PTFE过滤器：过滤器的主要材料是聚四氟乙烯，这种材质有广泛的化学适用性及热原控独特的亲水性和疏水性。
其过滤的截留率高、有好的热稳定性和化学耐受性，而且强度好，有耐正向和反向压力的冲击。
玻璃纤维过滤器：采用玻纤滤纸为材料，这种材料的优点是种类多、绝缘性好、强度高、耐热性好、抗腐蚀性强，缺点是材质性脆，不耐磨。
静电过滤器：利用高压静电场使微粒荷电，然后被集尘板捕集的空气过滤器。
静电过滤器是在工业静电除尘器的基础上发展起来的室内空气净化设备，现已被大量应用于各种室内场合，特别是在管道式空调与新风净化系统中成为较常用的空气净化设备之一。
活性炭纤维过滤器：材料内部具有强大的疏松多孔结构，有很强的吸附性，对空气中有毒有害有异味的气体和细菌具有很好的吸附和杀除性能。
同时耐热、耐酸碱。
2.按过滤器的用途分类每种过滤器都具有一定的功能，其功能决定了它的用途和使用范围。
因此，对其正确选用并合理使用，它们会充分发挥功能，下面是其主要用途的分类：新风处理用过滤器：用于洁净空调系统的新风即室外新鲜空气的处理，一般为粗效或中效过滤。
若产品生产要求去除化学污染物时，还须设化学过滤器。
室内送风用过滤器：通常用于洁净空调系统的末端过滤，一般为或亚过滤。
化学过滤器：当产品对生产环境有更为严格的要求，或生产过程产生化学污染物时，仅仅采用“三等级过滤”的空气净化处理已不能满足需要，因此应在净化系统中增加化学过滤器。
车用空调过滤器分级过滤效率检测方法
车用空调过滤器分级过滤效率检测方法梁涛;李妮妮;黎永富;袁文强【摘要】介绍车用空调过滤器分级过滤效率的试验原理、测试设备结构和尺寸以及检测方法.对GB/T 32085.1-2015、ISO/TS11155-1-2001和QC/T 998-2015试验参数作对比分析.最后对影响分级过滤效率试验结果的因素做分析.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】4页(P92-95)【关键词】空调过滤器;分级过滤效率;检测方法【作者】梁涛;李妮妮;黎永富;袁文强【作者单位】中汽检测技术有限公司,广东广州510530;中汽检测技术有限公司,广东广州510530;中汽检测技术有限公司,广东广州510530;中汽检测技术有限公司,广东广州510530【正文语种】中文【中图分类】TP65+2.10 引言按颗粒大小分级的过滤效率称为分级过滤效率[1]。
目前，国内外均采用这种测试方法来检测车用空调过滤器的粉尘效率。
常采用GB/T 32085.1-2015[1]、QC/T 998-2015[2]、ISO/TS 11155-1-2001[3]检测标准。
试验原理是模拟过滤器在添加一定浓度的颗粒物后，测量过滤前和过滤后空气中不同大小颗粒的浓度。
分级过滤效率=(位于测试样件上游对应于某个尺寸范围的粒子浓度-位于测试样件下游对应于某个尺寸范围的粒子浓度)/位于测试样件上游对应于某个尺寸范围的粒子浓度×100%。
国内对分级过滤效率试验开展了一些研究。
根据ISO/TS 11155-1-2001试验原理，试验设计了对应的检测试验台，对试验系统稳定性做了验证和系统测试误差的分析[4]。
利用电镜分析滤料纤维结构及其对过滤效率、空气阻力的影响，分析滤料纤维结构存在的问题和改进措施[5]。
针对试验杂质颗粒类型对试验结果的影响进行分析。
将大气尘计数法与气溶胶计数法作试验比较，得出大气尘计数法检测的效率结果重复性和可比性差；气溶胶计数法的尘源稳定性好，检测结果准确性高；并且两种方法的检测结果之间存在差异[6]。
过滤器分级标准
. 由于现在许多企业选用的是进口的过滤器，而它们表示效率的方法与国内的不同，为便于比较，将它们之间的换算关系列表如下：
按欧洲标准，粗效过滤器分为四级（G1~~G4）：
G1 效率对粒径≥5.0μm,过滤效率E≥20% (对应美国标准C1)
G2 效率对粒径≥5.0μm,过滤效率50＞E≥20% (对应美国标准C2~C4)
G3 效率对粒径≥5.0μm,过滤效率70＞E≥50% (对应美国标准L5)
G4 效率对粒径≥5.0μm,过滤效率90＞E≥70% (对应美国标准L6)
中效过滤器分为两级(F5~~F6)：
F5 效率对粒径≥1.0μm,过滤效率50＞E≥30% (对应美国标准M9、M10)
F6 效率对粒径≥1.0μm,过滤效率80＞E≥50% (对应美国标准M11、M12)
高中效过滤器分为三级（F7~~F9）：
F7 效率对粒径≥1.0μm,过滤效率99＞E≥70% (对应美国标准H13)
F8 效率对粒径≥1.0μm,过滤效率90＞E≥75% (对应美国标准H14)
F9 效率对粒径≥1.0μm,过滤效率99＞E≥90% (对应美国标准H15)
亚高效过滤器分为两级(H10、H11)：
H10 效率对粒径≥0.5μm,过滤效率99＞E≥95% (对应美国标准H15)
H11 效率对粒径≥0.5μm,过滤效率99.9＞E≥99% (对应美国标准H16)
高效过滤器分为两级(H12、H13)：
H12 效率对粒径≥0.5μm,过滤效率E≥99.9% (对应美国标准H16)
H13 效率对粒径≥0.5μm,过滤效率E≥99.99% (对应美国标准H17)
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两种空气净化设备效能的数学建模
两种空气净化设备效能的数学建模
空气净化设备是现代生活中必不可少的设备之一，可以有效地净化空气中的有害物质，提高室内空气质量。
本文将探讨两种不同类型的空气净化设备的效能，并建立数学模型进行分析。
第一种空气净化设备是基于机械过滤的，它通过过滤网将空气中的粉尘、灰尘、花粉等物质过滤掉，达到净化空气的目的。
我们可以将其简化为一个含有多个滤网的箱子，空气从箱子中通过，滤网将其中的颗粒物截留。
假设空气在箱子中的流动速度为v，箱子内的滤网数为n，每个滤网的过滤效率为p，则该空气净化设备的效能可以表
示为：
Efficiency = (1 - (1-p)^n) x 100%
其中，(1-p)^n表示每个滤网都有p的概率过滤不掉颗粒物，所以整个空气净化设备的过滤效率是它们不都过滤不掉颗粒物的概率，即1-(1-p)^n。
第二种空气净化设备是基于电离子技术的，它通过将空气中的微小颗粒物带上电荷，使其在电场的作用下沉降到地面或其他物体上。
我们可以将其简化为一个带电极板的箱子，当空气中的颗粒物经过时，电极板会将其带上电荷，使其沉降到地面。
假设空气中颗粒物的密度为ρ，电极板的电场强度为E，电极板之间的距离为d，则该空气净
化设备的效能可以表示为：
Efficiency = 1 - exp(-ρEd)
其中，exp函数表示自然常数e的幂函数，ρEd表示颗粒物在电
场的作用下沉降的速度，当颗粒物沉降到地面时，它就被完全清除了。
通过以上的数学建模，我们可以对不同类型的空气净化设备的效能进行分析和比较，为我们选择合适的空气净化设备提供依据。
同时，我们也可以通过调整模型中的参数，优化设备的设计和性能，提高空气净化的效果。
基于CFD-DEM的固液分级过滤模拟
文章编号：1006-3080(2022)05-0591-09DOI: 10.14135/ki.1006-3080.20210506010基于CFD-DEM 的固液分级过滤模拟赵钟杰， 张建鹏， 唐艳玲， 肖 桐， 黄子宾， 程振民（华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海 200237）摘要：采用计算流体力学(CFD)和离散单元法(DEM)耦合的方法，在不同滤层结构的三维随机堆积颗粒层过滤器内进行固液分级过滤的数值模拟研究。
实验结果表明，过滤效率的模拟计算值与实验值吻合良好，压降值的偏差在Ergun 方程允许误差范围内。
过滤器的容垢能力用计算模型的颗粒沉积均匀度表示，并拟合得到沉积均匀度的关联式。
颗粒沉积分布的模拟结果显示：单层细滤料过滤器的颗粒沉积主要发生在近入口处，容垢能力较低；分级过滤器的细滤料层保证了高过滤效率，粗滤料层则提供了较大的容垢能力。
关键词：CFD-DEM ；分级过滤；固液分离；容垢量；沉积分布中图分类号：TQ 028.5; TQ 015.9文献标志码：A颗粒层过滤作为一种低成本的分离方式被人们广泛关注，并应用于烟气除尘、水处理、油浆净化等领域[1-3]。
研究者们总结了包括惯性碰撞、拦截和扩散等在内的基本颗粒层过滤机理，得出了过滤性能与流速、粒径、床层深度等因素有关的结论[4-6]。
Zamani 等[7]归纳了颗粒层过滤的微观和宏观模型，这些模型的应用范围是非普适性的，均存在各自的缺点：如宏观经验模型无法揭示内部过滤机理；随机模型无法计算过滤效率；迹线模型无法计算过滤压降等。
由于上述模型应用的局限性，计算流体力学(Computational Fluid Dynamics ，CFD)和离散单元法(Discrete Element Method ，DEM)耦合模拟的方法被许多研究者所重视，并被应用于过滤研究。
Qian 等[8]利用随机算法构建了三维纤维过滤器模型，并采用CFD -DEM 耦合方法研究不同气速和空隙率下的气溶胶过滤性能。
颗粒过滤器除尘效率的实验研究与数学建模
颗粒过滤器除尘效率的实验研究与数学建模刘书贤;黄峰;苌亮;贾昊霖;秦强;陈爱国;郭屹【摘要】为开发煤热解工艺的高温荒煤气脱尘技术,在错流式固定床颗粒过滤实验平台上测试了表观气速、粉尘浓度、过滤介质粒度和床层厚度等关键参数对除尘器除尘效率的影响.结果表明,粉尘浓度在10.0 ～96.8 g/m3范围内增大且颗粒床表层过滤作用显著时,除尘器效率先增大后减小;大粒径瓷球对应的除尘效率较低,但压降降低显著;床层厚度增大,过滤器的除尘效率和压降均增大.过滤器运行初始状态,床层过滤过程属于深层过滤,随粉尘在床层内沉积,迎流面表层过滤作用增强,可直接脱除45.0％～52.0％的粉尘.建立了描述错流式颗粒过滤过程的一维非稳态数学模型,使之可以预测过滤平台在不同操作条件下的净床除尘效率和粉尘沉积率.应用该模型,预测热解气气氛下过滤器(床层厚度0.6m,填充6 mm瓷球)的净床除尘效率有所下降,为82.94％.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2016(041)0z2【总页数】6页(P542-547)【关键词】颗粒过滤;表观气速;粉尘浓度;除尘效率;数学模型【作者】刘书贤;黄峰;苌亮;贾昊霖;秦强;陈爱国;郭屹【作者单位】北京低碳清洁能源研究所,北京102211;北京低碳清洁能源研究所,北京102211;北京低碳清洁能源研究所,北京102211;北京低碳清洁能源研究所,北京102211;北京低碳清洁能源研究所,北京102211;北京低碳清洁能源研究所,北京102211;北京低碳清洁能源研究所,北京102211【正文语种】中文【中图分类】TP028.8煤热解是煤炭加工利用的主要方法之一。
从煤的开采到热解的诸多环节会产生粉碎煤或大量细小粉尘，最终加剧热解气体产物中的含尘程度。
粉尘若不及时从煤气中脱除，一旦温度降低，粉尘与冷凝出来的重质焦油黏结在一起，可能导致热解系统被迫停工；煤气脱尘不充分，也会污染或堵塞后续煤焦油加工设备，降低煤焦油品质。
过滤器参数详细说明
过滤器是输送介质管道上不可缺少的一种装置，通常安装在减压阀、泄压阀、定水位阀或其它设备的进口端，用来消除介质中的杂质，以保护阀门及设备的正常使用。
当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后，其杂质被阻挡，而清洁的滤液则由过滤器出口排出，当需要清洗时，只要将可拆卸的滤筒取出，处理后重新装入即可，因此，使用维护极为方便。
基本简介过滤器由简体、不锈钢滤网、排污部分、传动装置及电气控制部分组成。
过滤器工作时，待过滤的水由水口过滤器(15张)时入，流经滤网，通过出口进入用户所须的管道进行工艺循环，水中的颗粒杂技被截留在滤网内部。
如此不断的循环，被截留下来的颗粒越来越多，过滤速度越来越慢，而进口的污水仍源源不断地进入，滤孔会越来越小，由此在进、出口之间产生压力差，当大度差达到设定值时，差压变送器将电信号传送到控制器，控制系统启动驱动马达通过传动组件带动轴转动，同时排污口打开，由排污口排出，当滤网清洗完毕后，压差降到最小值，系统返回到初始过滤状，系统正常运行。
过滤器由壳体、多元滤芯、反冲洗机构、和差压控制器等部分组成。
壳体内的横隔板将其内腔分为上、下两腔，上腔内配有多个过滤芯，这样充分利用了过滤空间，显着缩小了过滤器的体积，下腔内安装有反冲洗吸盘。
工作时，浊液经入口进入过滤器下腔，又经隔板孔进入滤芯的内腔。
大于过滤芯缝隙的杂质被截留，净液穿过缝隙到达上腔，最后从出口送出。
过滤器采用高强度的楔形滤网，通过压差控制、定时控制自动清洗滤芯。
当过滤器内杂质积聚在滤芯表面引起进出口压差增大到设定值，或定时器达到预置时间时，电动控制箱发出信号，驱动反冲洗机构。
当反冲洗吸盘口与滤芯进口正对时，排污阀打开，此时系统泄压排水，吸盘与滤芯内侧出现一个相对压力低于滤芯外侧水压的负压区，迫使部分净循环水从滤芯外侧流入滤芯内侧，吸附在滤芯内内壁上的杂质微粒随水流进穣盘内并从排污阀排出。
特殊设计的滤网使得滤芯内部产生喷射效果，任何杂质都将被从光滑的内壁上冲走。
过滤过程fluent模拟
压力梯度是压力随空间位置的变化率。在过滤过程中，压力梯度有助于 推动流体通过过滤介质，从而实现过滤效果。
03
压力损失
随着过滤的进行，过滤介质上的颗粒物逐渐积累，导致压力损失增加。
因此，需要定期清洁或更换过滤介质，以维持适当的压力水平。
速度分布分析
速度矢量图
通过Fluent模拟，我们可以绘制出速度矢量图，以直观地了解 流体在过滤器内的流动情况。在入口处，流体的速度较高，而
专业知识和经验。
03
过滤过程Fluent模拟步骤
前处理
01
02
03
模型建立
使用CAD软件创建过滤器 的几何模型，并将其导入 到FLUENT的前处理器中。
网格划分
对模型进行网格划分，确 保网格质量满足模拟精度 要求。
边界条件设置
设置流体入口、出口和壁 面的边界条件，如速度、 压力和温度等。
求解器设置
过滤过程Fluent模拟
• 过滤过程概述 • Fluent模拟软件介绍 • 过滤过程Fluent模拟步骤 • 过滤过程Fluent模拟结果分析 • 过滤过程优化建议 • 结论与展望
01
过滤过程概述
过滤过程定义
01
过滤过程是指通过某种介质或设 备将液体或气体中的杂质或颗粒 物进行分离的过程。
02
模型适用性
本研究建立的模型适用 于不同类型的过滤器， 包括板式、袋式和管式 等，为不同行业和领域 的过滤过程模拟提供了
通用的模拟工具。
局限性
尽管Fluent模拟取得了 较好的结果，但在处理 某些特殊工况和复杂过 滤介质时仍存在一定的 局限性，需要进一步研
究和改进。
研究展望
拓展模型适用范围
工业除尘过滤材料的分级过滤效率实验研究
工业除尘过滤材料的分级过滤效率实验研究漆东岳;王向钦;倪冰选;陆树兴【摘要】PM 2.5已经成为热门话题,然而严重影响我们健康的PM0.5却被忽略.分类过滤效率反映了工业粉尘过滤材料对不同粒径微粒的过滤效率,可评价过滤材料对PM 2.5以下微粒的过滤效率.本文研究了滤料厚度,克重,平均纤维直径,平均孔隙大小等参数与分级过滤效率的关系.结果表明,工业粉尘过滤材料对PM 2.5有良好的过滤性能,可以达到90%,但对PM 0.5点过滤性能较差,从30%到70%不等;孔隙大小对过滤性能没有显著影响;平均纤维直径有显著影响过滤阻力,平均纤维直径变小,过滤效率增加,但阻力也增加;乳剂处理可以提高滤料对PM 0.5的过滤性能.【期刊名称】《过滤与分离》【年(卷),期】2016(026)002【总页数】6页(P26-30,36)【关键词】分级过滤效率;工业粉尘过滤材料;PM0.5;过滤阻力【作者】漆东岳;王向钦;倪冰选;陆树兴【作者单位】广州纤维产品检测研究院,广东广州 511440;广州纤维产品检测研究院,广东广州 511440;广州纤维产品检测研究院,广东广州 511440;广州纤维产品检测研究院,广东广州 511440【正文语种】中文【中图分类】X701.2自改革开放以来，我国经济高速发展，但经济的腾飞却带来了严重的环境污染问题，进入21世纪后，空气污染的影响逐渐显现，以河北、天津、北京等地为代表的北方大部地区频繁出现雾霾天气，且频率越来越高，程度越来越重，已经对人们的健康构成了极大的威胁，如何防治PM2.5已成为人们茶余饭后讨论的热点［1-4］。
就防治PM2.5而言，工业除尘过滤材料是最为经济实用的手段［5-6］，普通过滤材料对PM2.5的过滤效率可达到90%以上，形成滤饼后过滤效率进一步上升［1，7-9］。
然而，人们却忽视了其对更小的颗粒物质的过滤效率，如PM0.5，有关调查研究表明，大气中粒径在0.25～0.5 μm范围内的颗粒物（即PM0.5）的浓度与居民健康危害的关系最为显著，且粒径越小，健康危害越大，粒径大于0.50 μm的颗粒物浓度与居民健康风险没有显著关联［10］。
两种空气过滤器的性能比较及改进措施
两种空气过滤器的性能比较及改进措施尚恩清【摘要】本文对两种空压机机前过滤器进行了简要介绍,并分别从过滤效果、使用寿命、吸风口、大气环境和滤料等方面的特性进行了比较分析,最后对自洁式过滤器使用中出现的问题提出了维护办法.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2011(000)002【总页数】5页(P74-78)【关键词】空气过滤器;脉冲;过滤桶阻力;过滤反吹【作者】尚恩清【作者单位】山西临汾钢铁公司新兴实业公司【正文语种】中文【中图分类】TU834.8+30 引言透平空压机、鼓风机等高速运转的机器，进气管前一般均配有各类空气过滤器，以保证吸入原料气的洁净。
空气过滤器作为洁净空气的设备，其性能指标的好坏直接影响着压缩机与后续生产工艺系统的高效、稳定运行。
我厂空压机前过滤器经过了几次更新换代，分别经过了履带式、振动型过滤布过滤、脉冲反吹布袋式和反吹环布袋式到现今使用的自洁式空气过滤器。
滤料从过滤布、普通过滤布袋到防水防蚀过滤布袋、防水防蚀过滤筒。
空气过滤效果由劣渐优、大幅度提高。
但从目前使用的反吹环布袋式与自洁式空气过滤器仍存在不少问题，对空压、空分系统带来不同程度的不良影响。
现就我公司目前使用的DHK-40型反吹环布袋式与自洁式空气过滤器使用情况做一比较。
1 原理介绍1.1 DHK-40型反吹环布袋式布袋除尘器是一种干式除尘装置,它适用于捕集细小、干燥非纤维性粉尘。
结构主要由上部箱体、中部箱体、下部箱体（灰斗）、清灰系统和排灰机构等部分组成。
DHK-40型反吹环布袋式过滤器，空气自上部吸风口吸入，经过布袋内部过滤、形成内尘层与集尘层，过滤掉0.1μm以上的浮沉颗粒，过滤效果达99%以上，当集尘层厚度达一定程度时，过滤器阻力达1.2kPa以上，反吹风机启动提供10kPa 以上反吹气源，通过控制仪控制左右两组反吹环上下循环自动运行，使集尘层上的灰尘在反吹压力及重力惯性作用下，落入集灰室，排出室外。
清灰方式采用气环反吹，是在内滤式圆型滤袋的外侧，贴近滤袋表面设置一个中空带缝的圆环，圆环可上下运动,并与压缩空气或高压风机管道相接，由圆环上内侧的缝状喷嘴喷出的高速气流，把沉积于滤袋内侧的粉尘层清落。
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F40
F10 ＞ F20 ＞ F15 F10 ＞ F15 ＞ F20 F15 ＞ F10 ＞ F20 F10 ＞ F15 ＞ F20 F10 ＞ F15 ＞ F20
粒径 μm
第一级 效率比较 0． 5 1． 0 1． 5 2． 0 2． 5
表 4 v = 0． 2 m /s 时各纤维组合效率比较
F30
本 文 模 拟 了 F30t20 + F10t10， F30t20 + F15t10， F30t20 + F20t10， F35t20 + F10t10， F35t20 + F15t10， F35t20 + F15t10， F35t20 + F20t10， F40t20 + F10t10， F40t20 + F15t10， F40t20 + F20t10 等 9 种不同纤维组合对微粒的过 滤情况。
由图 9 可看出，对于某一固定粒径的粒子， 随着速度的变化，总捕集效率有一个最小值，但 是捕集效率最低点会因粒子粒径不同而不同。随 着过滤速度的增加，捕集效率最低值向小粒径方
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电力科学与工程
2015 年
图 9 F20t10 + F10t10 总效率图
向移动。 2. 2. 2 不同纤维组合对粒子过滤效果的比较
级别过滤器的合理组合匹配，从而使过滤达到高 效而经济。如果两级过滤器级别相差很多，第二 级过滤器会承担很大的负荷，前一级起不到保护 后一级的作用； 如果两级过滤器级别相差太近， 第二级过 滤 器 不 能 实 现 其 应 有 的 价 值［4］。 所 以 有 必要对空调过滤器的组合匹配进行理论研究，尤 其是过滤器合理匹配对 PM2. 5 过滤的理论研究。
图 1 模型图
度入口，出口设为压力出口。 1. 1 填充率 α 计算
填充率 α 示意图如图 2 所示。
1 模型介绍
在本文模型中，纤维排列为错列，通过前处 理软件 Gambit 生成，采用流体流动模拟软件 Fluent 中的离散相模型对纤维过滤器捕集细微粒子的 过程进行模拟。离散相边界条件为： wall － 1——— trap，wall － 2———reflect，反射系数为 1。模拟 中 考虑粒子受布朗力、Staffman 升力、热 泳 力 及 重 力。模拟过程中假设粒子从垂直入口面喷射进来， 质量流量 0. 000 1 kg / s，残差 10 －6 。
F35
F10 ＞ F15 ＞ F20 F10 ＞ F15 ＞ F20 F15 ＞ F10 ＞ F20 F10≈F15 ＞ F20 F10≈F15≈F20
F10 ＞ F15 ＞ F20 F10 ＞ F15 ＞ F20 F10 ＞ F20 ＞ F15 F10≈F15 ＞ F20 F10≈F15≈F20
图 6 静压分布图 由图 6 可知，随着颗粒沿着气流方向运动和
图 8 F20t10 + F10t10 对 1 μm 粒子捕集压降图
由图 7、图 8 可看出，对于某一固定粒径的粒 子，随着速度的变化，第一级捕集效率、第二级 捕集效率、总捕集效率均有一个最小值； 第一级 压降、第二 级 压 降、总 压 降 随 着 速 度 的 增 加 而 升高。 2. 2 多种组合过滤器捕集性能模拟结果 2. 2. 1 F20t10 + F10t10 组合对 5 种粒径粒子的总 效率模拟结果如图 9 所示。
本文通过 FLUENT 软件模拟了不同级别过滤 器两 － 两组合对粒径分别为 0. 5 μm、1 μm、1. 5 μm、2 μm、2. 5 μm 的 5 种颗粒的过滤性能，对 多个不同级别过滤器两 － 两组合过滤性能进行了 分析与总结，得出不同级别过滤器两 － 两组合对 微粒的过滤存在最佳组合的结论，对实际工程应 用中过滤器的组合匹配以及新风系统过滤 PM2. 5 方 面提供了一定的参考。
关于空气过滤器的模拟研究，国内已有很多 学者 进 行 了 相 关 的 研 究， 文 献 ［5］ 利 用 LB （ Lattice Boltz-mann） 两相流模型对多层纤维捕集 颗粒物过程进行了数值模拟，研究了不同纤维配 置方式下系统压降与捕集效率的变化。文献 ［6］ 基于 CFD-DEM 方法模拟了微细颗粒物在纤维过 滤介质中的气 － 固两相流动特性，充分考虑了颗 粒群组成、粒径分布、颗粒间及颗粒与纤维间的 反弹作用以及颗粒团聚等因素，分析了纤维过滤 中颗粒群的运动特性和微细颗粒的沉积形式。文 献［7］用计 算 机 模 拟 软 件 绘 制 出 接 近 真 实 过 滤 介 质的随机排列三维纤维结构，对其内部流场进行 数值模拟，得出纤维过滤介质内部流场三维压力 及速度分 布 图。 文 献［8］建 立 了 具 有 一 定 曲 率 的 随机结构过滤介质模型，模拟分析了纤维过滤过
1. 2 模拟图 速度大小、颗粒轨迹、颗粒浓度分布、静压
分布如图 3 ～ 6 所示。 由图 4 和图 5 可知，随着颗粒沿气流方向运
动，由于纤维对微粒的捕集，越到下游，颗粒浓
第3 期
刘 婷，等 两不同级别过滤器组合对颗粒过滤性能模拟
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纤维对微粒的捕集，越到下游，静压越小。由于 空气流经过滤器时，需不断克服过滤器内部纤维 阻力，从而使得过滤器下游静压小于上游静压。
摘要： 通过 FLUENT 软件模拟了不同级别过滤器两 － 两组合对粒径分别为 0. 5 μm、1 μm、1. 5 μm、2 μm、2. 5 μm 5 种颗粒的过滤性能，同时模拟了过滤风速对过滤器捕集微粒效率和压降的影响规律，得出 多个不同级别过滤器两 － 两组合对这五种颗粒的过滤规律，以及过滤器捕集效率和压降随过滤风速变化 规律。对多个不同级别过滤器两 － 两组合过滤这 5 种颗粒的过滤规律、过滤器捕集效率和压降随过滤风 速变化存在最佳组合的结论，对 实际工程应用中过滤器的组合匹配以及空调系统过滤 PM2. 5 方面提供了一定的参考。
图 2 填充率和纤维直径与纤维间距的关系
πd2f
α
=
l
4 ×h
（ 1）
槡 l × h = df
π 4α
（ 2）
式中： α 为纤维填充率； df 为纤维直径； l，h 为纤维
横向、纵向间距。
纤维参数 l × h 单位 μm × μm，填充率分别为
10% 和 20% 所对应的纤维参数如表 1 所示。
表 1 模拟纤维参数
粒径 μm
第一级 效率比较 0． 5 1． 0 1． 5 2． 0 2． 5
表 3 v = 0. 1 m / s 时各纤维组合效率比较
F30
F15≈F20≈F10 F10 ＞ F15 ＞ F20 F15 ＞ F10 ＞ F20 F10 ＞ F15 ＞ F20 F20 ＞ F10 ＞ F15
F35
F10 ＞ F15 ＞ F20 F10 ＞ F15 ＞ F20 F10 ＞ F15 ＞ F20 F10 ＞ F15 ＞ F20 F10 ＞ F20 ＞ F15
粒径 μm
第一级 效率比较 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5
表 2 v = 0. 08 m / s 时各纤维组合效率比较
F30
F15 ＞ F20 ＞ F10 F15 ＞ F10 ＞ F20 F10 ＞ F20 ＞ F15 F10 ＞ F15 ＞ F20 F15 ＞ F20 ＞ F10
收稿日期： 2014 － 11 － 13。 作者简介： 刘婷 （ 1989-） ，女，硕士研究生，研究方向为新风换气机过滤器 PM2. 5 过滤性能仿真与实验，E-mail： liutingv0802
@ 163. com。
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电力科学与工程
2015 年
程中颗粒 群 的 特 性 对 过 滤 特 性 的 影 响。 文 献［9］ 通过创建一系列不同结构参数的虚拟三维纤维过 滤器模型，用 FLUENT6. 1 软件对纤维内部的气相 流场在不同运行参数条件下进行了数值模拟研究。 文献［10］对空气净化器滤层及复合滤料折叠滤层 进行数值模拟，模拟不同孔隙率条件下滤料截面 阻力分布与气流速度的关系。
2 不同过滤级别组合的过滤器性能模拟
图 3 速度大小图
2. 1 典型组合捕集效率及压降模拟结果 F20t10 + F10t10 对粒径为 1 μm 粒子的捕集效
率和压降模拟结果如图 7、图 8 所示。
图 4 颗粒轨迹图
图 7 F20t10 + F10t10 对 1 μm 粒子捕集效率图
图 5 颗粒浓度分布图 度越小。微粒随气流流过过滤器内部时，部分微 粒在惯性、拦截、重力、扩散和静电力等多种作 用下沉集在纤维表面，从而使过滤器下游微粒数 目和浓度低于过滤器上游。
在不同过滤风速下，各纤维组合效率比较情
况如表 2 ～ 5 所示。其中第一级填充率均为 20% ， 第二级填充率均为 10% 。表 2 ～ 5 中各纤维组合均 是第一级填充率 20% ，第二级填充率 10% ，表中 写法省略了填充率，F30F15 代表 F30t20F15t10 的 纤维组合，下同。
表 2 ～ 5 可知，在相同的速度下，直径小的纤 维对小颗粒的捕集效率不一定比直径大的纤维高； 直径大的纤维对大颗粒的捕集效率不一定比直径 小的纤维低。对同一粒径粒子，速度越大、直径 大的纤维对粒子的捕集效率不一定比直径小的纤 维低； 速度越小、直径小的纤维对粒子的捕集效 率不一定比直径大的纤维高。
纤维直径 / μm 10 15 20 25 30 35 40
10% 28 × 28 42 × 42 56 × 56 70 × 70 84 × 84 98 × 98 112 × 112
20% 20 × 20 30 × 30 40 × 40 49 × 50 59 × 59 69 × 69 79 × 79
第 31 卷第 3 期
电力科学与工程
Vol. 31，No. 3
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2015 年 3 月
Electric Power Science and Engineering