通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定合理的高效空氣過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)參數(shù):
在過(guò)濾器的過(guò)濾材料、外形尺寸、通風(fēng)量一定時(shí),增加過(guò)濾器的濾料面積可以降低空氣穿過(guò)過(guò)濾材料的速度.根據(jù)公式(1),會(huì)降低濾料阻力.同時(shí),增加濾料面積時(shí)所采取的措施(如減小濾紙褶的間距、增大濾紙褶的深度),常常會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)阻力的升高.綜合作用的結(jié)果就是存在更好的結(jié)構(gòu)參數(shù),使過(guò)濾器的總阻力最低.現(xiàn)有的理論無(wú)法得出準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)參數(shù),使高效空氣過(guò)濾器的阻力降至最低,因此,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究.優(yōu)化阻力最低時(shí)高效空氣過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)參數(shù),可以指導(dǎo)過(guò)濾器的生產(chǎn)和開發(fā).本文從過(guò)濾材料的褶間距、褶深度、褶形狀三個(gè)方面來(lái)研究過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)與阻力的關(guān)系。

高效過(guò)濾器材料與方法

實(shí)驗(yàn)過(guò)濾器選用平板密褶型高效空氣過(guò)濾器和有隔板的高效空氣過(guò)濾器,過(guò)濾材料選用進(jìn)口的和國(guó)產(chǎn)的高效空氣過(guò)濾玻纖濾紙(本文中分別用濾紙A和濾紙B表示)。

結(jié)果
1、過(guò)濾材料的阻力特性
目前,高效空氣過(guò)濾材料有玻纖濾紙、駐極體聚丙烯、PTFE等(范存養(yǎng)等, 2001),其中玻纖濾紙性能穩(wěn)定、價(jià)格合理,是主流的高效空氣過(guò)濾材料,而其他過(guò)濾材料或價(jià)格昂貴或性能不穩(wěn)定,尚未得到廣泛應(yīng)用.圖1為本實(shí)驗(yàn)中選用的兩種過(guò)濾材料的阻力性能測(cè)試結(jié)果.可以看出,進(jìn)口濾紙A的阻力明顯低于國(guó)產(chǎn)濾紙B.

2、褶間距對(duì)阻力的影響
在高效空氣過(guò)濾器外形尺寸一定的情況下,減小濾料的褶間距,可以增加過(guò)濾器的濾料面積,減小濾速,降低氣流穿透濾料的阻力.但隨著褶間距的減小,氣流通道也將變小,會(huì)增大氣流在氣道內(nèi)流動(dòng)的能量損失(阻力).所以,存在一合適的褶間距,使過(guò)濾器的總阻力降至最低.為此,本文對(duì)不同濾料、不同褶間距的3種尺寸的平板密褶型高效空氣過(guò)濾器,在1000 m3.h-1風(fēng)量下的阻力進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果見表1。
從表1中的數(shù)據(jù)可以看出,在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),兩種濾料、3種常見規(guī)格平板密褶型高效空氣過(guò)濾器存在不同的最佳褶間距.而且兩種濾料有著相同的規(guī)律,隨著褶深的增大,最佳褶間距也相應(yīng)增大.阻力最低的結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。

表2中的數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)構(gòu)參數(shù)不同(徐小浩, 2005).這也說(shuō)明,同樣結(jié)構(gòu)形式的過(guò)濾器,采用不同的過(guò)濾材料對(duì)應(yīng)有不同的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù).有隔板的高效空氣過(guò)濾器是另一類常見的過(guò)濾器.表3是用濾料B制作的兩種尺寸的過(guò)濾器阻力實(shí)測(cè)結(jié)果.從表3的數(shù)據(jù)來(lái)看,深度為150 mm的有隔板HEPA過(guò)濾器,在褶間距為4.8mm(分隔板波紋高2.4mm)時(shí)阻力最低;深度為292mm的有隔板HEPA過(guò)濾器,最佳褶間距為5.4mm(分隔板波紋高2.7mm)。

可以看到,不管是密褶型還是有隔板的高效空氣過(guò)濾器,當(dāng)濾料褶深度確定時(shí),存在最佳的濾料褶間距.隨著濾料褶深度的增加,其最佳褶間距也相應(yīng)增大.不同的濾料有不同的更好的結(jié)構(gòu)形式。

3、褶深度對(duì)阻力的影響
在對(duì)過(guò)濾器的深度尺寸沒有嚴(yán)格要求的情況下,增加濾料褶的深度也可以有效增加濾料面積,降低氣流穿透濾料的阻力.濾料褶深度的增加,同樣會(huì)導(dǎo)致氣流通道內(nèi)摩擦阻力的增大,因此,也存在一個(gè)最合理的使過(guò)濾器阻力最低的濾料褶深度。

圖2是一組平板密褶型高效空氣過(guò)濾器的阻力曲線.高效空氣過(guò)濾器的端面尺寸是610mm×610mm,褶間距為3.3mm,采用進(jìn)口濾料A,深度分別是50mm、60＝mm、69＝mm、80mm和90mm,在850m3.h-1、1000m3.h-1風(fēng)量下測(cè)定了過(guò)濾器的阻力.從圖2中可以清楚地看出,對(duì)于固定的褶間距,存在最佳的使過(guò)濾器的阻力最低的濾料褶深度.

組用國(guó)產(chǎn)濾料B制作的有隔板的高效空氣過(guò)濾器的阻力曲線.在常用的有隔板HEPA過(guò)濾器的深度范圍內(nèi)(120~320mm),增加過(guò)濾器深度可有效降低過(guò)濾器阻力.過(guò)濾器深度較小(120mm)時(shí),這種影響更大;當(dāng)過(guò)濾器深度較大(292mm)時(shí),增加深度導(dǎo)致的阻力降低不明顯。
可見,對(duì)于固定的濾料褶間距,對(duì)應(yīng)有最佳的使過(guò)濾器阻力最低的濾料褶深度.為了降低過(guò)濾器阻力,可以增加濾料褶深度,但同時(shí)必須考慮調(diào)整濾料的褶間距。

4、褶形狀對(duì)阻力的影響
通常,波紋分隔板一邊抵住濾料褶的底部,一邊露出濾料褶5mm,其寬度比濾料褶的深度大5~8mm,形成矩形剖面的氣流通道.減小波紋分隔板的寬度,通過(guò)特定的制造工藝,可以使濾料褶的底部形成大小不一的V字形狀.兩種氣流通道如圖4所示.

本實(shí)驗(yàn)采用的有隔板的高效空氣過(guò)濾器外形尺寸為: 610mm×610mm×292mm,分隔板波紋高度3.8mm,測(cè)得其在1700m3.h-1風(fēng)量下的阻力如圖5所示。

顯然,當(dāng)濾料褶數(shù)和褶深度相同時(shí),采用V字形剖面氣流通道的過(guò)濾器,與采用矩形剖面氣流通道的過(guò)濾器相比,濾料面積要略小(矩形氣流通道,即d=0時(shí),過(guò)濾器的濾料面積為23.9m2;d=30mm時(shí)V字形剖面氣流通道的過(guò)濾器,濾料面積為23.6m2.).但根據(jù)阻力的實(shí)測(cè)情況來(lái)看,過(guò)濾器的阻力反而更低.即V字形剖面的氣流通道可以用更小的濾料面積獲得更低的過(guò)濾器阻力.當(dāng)d=15 mm時(shí),濾料面積為23.608m2;當(dāng)d=40mm時(shí),濾料面積為23.602m2,可以認(rèn)為,兩者的過(guò)濾面積基本相同,所以過(guò)濾器的濾料阻力也基本相同,這時(shí)過(guò)濾器的阻力差(12Pa)基本上就是結(jié)構(gòu)阻力的差值,可見,V字形剖面的氣流通道是一種阻力更低的氣流通道形式.斜波紋板有隔板的高效空氣過(guò)濾器,不僅是增加了過(guò)濾面積,實(shí)際上也是采用了一種更優(yōu)的氣流通道形式。