驻极体过滤器气相流场及初始压降的数值计算
安徽工业大学 建筑工程学院 钱付平 韩云龙 ?陈光 黄志甲 摘要：基于多孔介质模型对二维驻极体过滤器内气相流场进行了数值计算，得到了不同结构（填充密度和过滤器深度）驻极体过滤器内的静压分布。为了观察多孔介质模型在研究过滤器流场的适应性，本文还计算了不包括多孔介质模型时，相同填充密度不同纤维排列驻极体过滤器内的气相流场。结果表明：基于多孔介质模型时，静压沿着过滤器深度方向线性变化，填充密度越大，初始压降越大。因此，如果多孔介质的粘性阻力系数选择合理，该模型可以应用于计算过滤器的气相流场。但是，该模型并没有考虑过滤器内部纤维排列方式对其内部流场的影响，而实际上，过滤器内部纤维的排列行为将显著影响过滤器的流场和初始压降。因此如果要进一步研究过滤器内复杂的气固两相流，还需对该模型进行深入研究。
关键词：驻极体过滤器; 多孔介质模型; 气相流场; 初始压降; 数值模拟
1 前言
据有关部门监测显示[1]，中国48.1%的城市空气质量处于中度或重度污染，颗粒物仍是影响中国空气质量的首要污染物。目前中国大多数城市人口长期生活在可吸入颗粒物超标的空气环境中，人口超过百万的大型城市，空气中二氧化硫和颗粒物超标比例高，空气质量达标比例低。另一方面，现代社会中，人们几乎有90%的时间是在室内度过的[2]，为了提高室内空气品质，减少室内污染物水平，目前普遍采用的一种方式就是引入更多的室外新鲜空气。正是从这个意义上看，室外空气质量在一定程度上决定了室内空气质量水平，而颗粒物又是影响室内空气品质的重要因素之一。因此，国外早在二十多年前就开始了对颗粒物的研究，室内颗粒物的浓度及其影响因素也就成了一个重要的研究方向及课题。由于室内颗粒物绝大部分是随着空调通风系统的新风进入室内的，因此，新风质量在很大程度上决定了室内空气品质，常规空调系统的空气过滤设备是很难控制上述微细颗粒物进入室内。同时，空调系统本身也需要好的过滤器，有的中央空调系统中，过滤器仅为“初效”，或根本没有过滤器，用过几年后，系统内部不堪入目，甚至还会导致空调送风口周围出现黑渍，破坏中央空调的形象[2]。纳米材料光催化技术尽管是目前最具发展前景的室内空气净化技术，但是它不能净化空气中的悬浮物及细微颗粒物[3]。而近几年发展起来的驻极体过滤技术却能有效改善常规过滤器的性能，防止微细颗粒物随着空调系统的新风进入室内，而且如果再综合利用纳米光催化技术（如表面喷涂一些纳米TiO2）还可以有效抑止甲苯、甲醛、氨气、挥发性有机物以及微生物等室内主要污染物对人们健康的威胁。驻极体过滤器中的纤维一般是永久荷电，和其它类型过滤器比较，静电作用会增强过滤效率，而且驻极体过滤器还具有较低的重量和较好的完整性。和所有类型过滤器一样，衡量过滤器性能优劣的两个主要指标是捕集效率和压降。而且，过滤器的使用寿命往往都是以过滤器的终压降来衡量的[2]。如中华人民共和国国家标准洁净厂房设计规范GBJ50073-2001[4]中规定，高效空气过滤器的压降达到初始压降的两倍时则应予以更换。所以从这个意义上来看，准确地预测驻极体过滤器的压降对于过滤器的使用是非常重要的。而且，准确地预测驻极体过滤器内气相流场对于进一步研究其内部微细颗粒的运动也具有积极意义。但是通过实验来研究驻极体过滤器结构尺寸对压降的影响，费时费力。另一方面，随着计算机技术的飞速发展，国外已有部分学者利用计算流体力学（CFD）技术研究驻极体过滤器内部气固两相流场[5-10]，CFD计算和实验比较，明?国家自然科学基金资助项目 (编号: 50708001)
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