空气过滤理论的研究与发展

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2017-09-19 环球过滤分离技术网

        空气过滤技术的发展离不开空气过滤理论的研究与发展，理论的发展与进步，推动空气过滤技术的发展。

过滤理论，特别是空气过滤理论的研究早在上世纪已经开始，而空气过滤器的研制与发展只有近20多年的历史，过滤理论由早期的经典过滤理论发展到现代过滤理论及微孔过滤理论。

对微细颗粒运动规律的最早认识起源于1800年初期，当时植物学家Rebert Brown观察了微细颗粒悬浮在液体中的运动（布朗运动），1922年Freundlich发展了对气溶胶过滤规律的认识，提出在0.1~0.2μm半径范围内气溶胶颗粒存在最大渗透率。然而，1931年Albrecht率先对气流通过单一圆柱纤维运动进行了研究，建立了Albrecht理论，随后Sell(1931)对其进行了必要的改进。

1936年Kaufmann首先把布朗运动和惯性沉淀的概念一同应用到纤维过滤理论中，推导出过滤作用的数学公式。1942年Langmuir继续对过滤理论进行研究，认为过滤是截留和扩散的集合及惯性粒子在过滤纤维上的沉淀是可以忽略的。

1952年C.N. Davies(戴维斯)把扩散、截留和惯性三种机制结合起来并用公式表示出来，从而建立了新的过滤理论---孤立纤维理论。1958年Friedlander及1967年Yoshioka和他的同事发展了独立纤维理论，他们对较大Reynold数情况下颗粒的惯性和扩散沉积及包括重力效应和过滤器阻塞现象]进行了研究和总结。1967年Pickaar和Clarenburg试图提出一个纤维过滤器微孔结构的数学理论，1987年Pich和1993年Brown在其专著中描述了过滤理论的最新发展。

早期的经典过滤理论主要以“单一纤维模型”为基础，认为，过滤效率由三种机制决定：（1）惯性效应，（2）截留效应（3）扩散效应。整个颗粒的捕集依靠多种捕集机理的联合作用。

现代过滤理论证明了惯性沉淀的正确性和最大穿透力粒子的存在，认为过滤效率是截留效应、布朗扩散效应、重力效应、沉淀效应与压力效应的集合。过滤可能存在的机理：（1）拦截、（2）惯性碰撞、(3) 扩散、 (4 )静电效应、(5) 库仑吸引一排拆、(6)映像力、(7) 电泳力、(8) 沉淀（重力）。这方面具备代表性的是C.N. Davies(戴维斯)的过滤理论与S.Kuwarbara（库韦巴拉，1959）的流场分布。

1992年Payet Gougeon和Attoui]也考虑了气体在单一纤维上的滑动，对经典理论引入修正系数，使得理论与实验数据更好地吻合。1995年Rosnert[13]提出分散在单一纤维体表面的颗粒以不规则的分布和常常形成树枝状结构为特征，建立了最新改善的理论和颗粒在单一纤维体上的空间分布，利用此理论和计算程序可预测颗粒的沉积。

2001年D.Thomas等对过滤器产生阻塞的情况下，进行了空气过滤的理论与实验研究，提出了过滤器在滤饼存在的情况下，过滤效率及压力损失的计算模型，近几年来，国外许多学者对空气过滤器在积尘情况下的效率性能及滤饼的形成和机理进行了理论实验及模拟研究，取得了一定的成果。

四、结语

过滤理论的研究目前尚不完善，国内有关过滤机理的研究文献很少，不同结构过滤器的捕集效率和压力损失的理论计算；空气及颗粒参数对捕集效率及压力损失影响；过滤器的负荷特性对捕集效率及压力损失影响及滤料的结构特性对捕集效率及压力损失影响等问题，有待研究解决，因此，进一步研究过滤理论对空气过滤技术的发展具有重大意义和应用价值。