Влияние гофрированной геометрии на перепад давления фильтров в процессе загрузки пыли: экспериментальное и модельное исследование

Sep 13, 2023

Том 12 научных докладов, номер статьи: 20331 (2022) Цитировать эту статью

754 доступа

2 цитаты

Подробности о метриках

В этом исследовании модель падения давления была разработана посредством численного моделирования и экспериментов для оптимизации конструкции гофрированной структуры фильтрующего материала с целью продления срока службы фильтра и снижения энергопотребления вентиляции. Путем численного моделирования выявлено влияние числа Стокса на осаждение пыли на гофрированном фильтрующем материале. На этой основе была разработана модель падения давления при нагружении пылью. Модель предполагает, что при одинаковой массе осаждения пыли на единицу площади (W), чем больше коэффициент складок (α), тем больше толщина пылевой корки и эффективная скорость фильтрации на эффективной площади фильтрации. Кроме того, для V-образных и U-образных фильтров относительные средние отклонения между экспериментальными и модельными полными перепадами давления составляют 3,68% и 4,82% соответственно. Другими словами, предложенная модель точно предсказывает падение давления во время загрузки пыли. Кроме того, при тех же α и \(W\) общее падение давления U-образного фильтра ниже, чем у V-образного фильтра, что демонстрирует превосходные фильтрационные характеристики U-образного фильтра.

Гофрированные фильтры обычно используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и очистителях воздуха. Благодаря гофрированному фильтрующему материалу можно добиться большей площади фильтрации и более низкой скорости фильтрации в ограниченном пространстве, что продлевает период замены фильтра1,2,3,4,5,6,7. Эффективность фильтрации и перепад давления являются двумя важными показателями производительности фильтра. Эффективность фильтрации во многом зависит от фильтрующего материала и скорости фильтрации. Геометрия складок оказывает ограниченное влияние на эффективность фильтрации8,9,10. С другой стороны, изгибная деформация фильтрующего материала, вызванная складками, приведет к изменениям его проницаемости и пористости, что приведет к увеличению перепада давления в фильтре3,11,12,13. Между тем, гофрированная геометрия приведет к изменению поля воздушного потока и неравномерному осаждению пыли, и, таким образом, падение давления во время загрузки пыли больше, чем при плоской фильтрации12,14,15,16,17,18. Гофрированная геометрия оказывает существенное влияние на производительность фильтра. Однако текущие исследования по прогнозированию падения давления во время нагрузки пылью недостаточны, и большинство из них представляют собой экспериментальные исследования19,20,21,22.

В настоящее время проводятся исследования по прогнозированию падения давления фильтров с различной гофрированной геометрией1,11,14,15,16,23,24,25,26. Цезарь и др.15 разработали модель прогнозирования падения давления для чистых V-образных и U-образных фильтров, разделив общее падение давления на три компонента: перепад давления внутри складок из-за потерь на трение и динамического прироста давления; падение давления из-за сжатия и расширения при входе и выходе воздуха из системы складок; и падение давления при прохождении воздуха через фильтрующий материал. Скорость фильтрации в их исследовании колеблется от 1 до 10 м/с, а отношение падения давления, вызванного гофрированной геометрией, к общему перепаду давления растет с увеличением скорости фильтрации. Дель Фаббро и др.26 разработали полуэмпирическую безразмерную модель, которая предсказывала падение давления в чистых фильтрах на основе типа фильтрующего материала, геометрии складок и параметров потока. Однако предыдущие исследования ограничивались очисткой фильтров и не включали прогноз падения давления во время загрузки пыли.

До сих пор редко сообщалось о прогнозировании падения давления в фильтрах с различной гофрированной геометрией во время загрузки пыли. Fotovati и др.18 исследовали неравномерное осаждение пыли на V-образных и U-образных фильтрах и рассчитали изменение перепада давления в зависимости от осаждения пыли. Тем не менее, частицы пыли в их исследовании имели размер 3 мкм и 10 мкм, тогда как на самом деле частицы пыли в основном полидисперсны. Используя аналитические выражения для x и y-компонент поля скорости внутри V-образных и U-образных каналов, Салех и др.27 вывели простую получисловую модель, которую можно применять для прогнозирования падения давления гофрированных фильтров во время запыления. загрузка. Однако модель не учитывает неравномерное осаждение пыли на складчатой ​​поверхности фильтров.