纖維過濾材料結構參數(shù)優(yōu)化數(shù)值模擬.pdf

1、纖維過濾器的壓力損失、捕集效率和滲透率都是纖維過濾器非常重要的性能參數(shù)。國內(nèi)外學者對纖維過濾器的性能研究已經(jīng)好多年了。雖然有幾個二維三維分析模型用于預測過濾器的壓力損失和滲透率，但由于部分研究是將實際的纖維過濾器的纖維簡化為規(guī)則排列的結構，而且大多模擬研究都是在二維水平上的，而實際上纖維過濾器內(nèi)部的氣固兩相流是發(fā)生在三維空間的，所以用這些模型預測真實介質(zhì)實際結果還有些差距。纖維分布方式和不同直徑纖維的組合方式對纖維過濾器的過濾性能起著重

2、要作用。研究纖維過濾器三維空間內(nèi)的流場對對深化過濾機理的研究、優(yōu)化過濾器的設計參數(shù)及運行參數(shù)有重要意義。
　　 為獲得更真實纖維過濾器的微觀結構，本文基于隨機算法產(chǎn)生三維的纖維過濾介質(zhì)，創(chuàng)建了一系列不同結構參數(shù)的虛擬三維纖維過濾器模型。并以計算流體力學(CFD)軟件FLUENT6.1為平臺，對其內(nèi)部的氣相流場在不同運行參數(shù)條件下進行了數(shù)值模擬研究。主要的研究工作及研究結論包括:
　　 (1)通過計算機程序建立了多種過濾器

3、模型，主要包括單峰纖維過濾器(組成過濾器的纖維直徑是均一相等的)，雙峰纖維過濾器(過濾器是由兩種不同的直徑纖維按一定比例組成的)和多分散纖維過濾器(組成過濾器的纖維直徑分布呈多分散狀態(tài)，本文只考慮了正態(tài)分布狀態(tài)。)。建立的三維纖維過濾器模型與真實的過濾介質(zhì)微觀結構十分相似。
　　 (2)本文主要研究了三種不同排列方式下的單峰纖維過濾器:纖維等間距平行排列模型，纖維交錯排列模型和纖維隨機排列模型。研究結果表明:過濾風速對這三種過濾

4、器模型的壓力損失影響是一致的，隨著過濾風速的增大，壓力損失線性增加。隨著過濾器填充密度的增大，過濾器滲透率非線性減小。但是纖維隨機排列模型更接近于真實無紡布微觀結構，隨機模型的研究結果最接近于Davies實驗結果。另外，本文也得出了三種纖維過濾器模型的無因次壓力損失計算式，其中纖維隨機排列模型計算式與Davice計算結果誤差為小于5％，其他兩種計算式與經(jīng)典模型的計算結果誤差均小于10％。
　　 (3)創(chuàng)建了兩種直徑纖維的雙峰纖維

5、過濾器，并利用數(shù)值模擬的研究方法計算了不同工況下過濾器兩端的壓力損失。并給出了過濾器內(nèi)部流場分布。過濾器兩端的壓力損失隨著迎面風速的增大而線性增加的;增大SVF的值，過濾器壓力損失非線性顯著增大。壓力損失隨著粗纖維分數(shù)的增大而減少。
　　 (4)創(chuàng)建了纖維直徑正態(tài)分布的多分散纖維過濾器模型，并利用數(shù)值模擬的研究方法計算了不同工況下過濾器兩端的壓力損失。并給出了過濾器內(nèi)部流場分布。過濾器兩端的壓力損失還是隨著迎面風速的增大而線性增