纖維材料過濾特性的數(shù)值模擬.pdf

1、壓力損失、捕集效率是纖維過濾器兩個重要性能參數(shù)。對此，國內(nèi)外學者已經(jīng)開展了相關的研究。但大部分都是將實際纖維過濾器中的纖維簡化為規(guī)則排列結(jié)構(gòu)，而且都是基于二維空間以及低速過濾運行狀態(tài)，這與實際發(fā)生在三維空間的纖維過濾器內(nèi)部氣固兩相流流動并不符合，因此用這些模型預測真實纖維過濾器的過濾性能還有些差距。盡管現(xiàn)今已有幾個學者對三維纖維過濾器模型進行了數(shù)值計算，但都是假定其流場是符合達西定律的，而且對于纖維過濾器的過濾效率研究較少。另外，對于表

2、征纖維過濾器復雜結(jié)構(gòu)的分維數(shù)研究也較少。因此深入分析纖維過濾器三維空間內(nèi)的氣固兩相流流動以及隨機纖維的分形維數(shù)對過濾性能的影響，對優(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(jié)構(gòu)，本文基于隨機算法創(chuàng)建了一系列虛擬的三維纖維過濾器模型。并以FLUENT6.3為平臺，模擬研究了不同運行條件下的氣固兩相流流動。此外，基于分形理論的研究，計算了隨機纖維過濾器模型的分維數(shù)，并研究了其與相應模型的過濾性能之

3、間的關系。主要的研究工作及研究結(jié)論包括：
　　 (1)通過計算機程序建立了隨機纖維過濾器模型，使其與真實的非織造布微觀構(gòu)造非常相似。
　　 (2)本文重點研究了三維隨機纖維過濾器模型的氣相流場。研究結(jié)果表明：隨著過濾器填充密度的增大，壓力損失非線性增加；隨著迎面風速的增加，壓力損失一開始呈線性增加，但隨后呈非線性增加，并且其氣相流場可分為線性流以及非線性流兩個流動階段。在線性流內(nèi)，氣相流動符合達西定律，而且隨機模型的模擬

4、結(jié)果與Davies實驗公式計算值較吻合。而在非線性流內(nèi)，達西定律不能精確描述其流動，而需用Forchheimer方程進行描述?；谀M數(shù)據(jù)的分析，本文得出了線性流與非線性流的臨界速度，并通過擬合計算，得到一個適合線性流以及非線性流的壓力損失表達式。
　　 (3)在流場的分析基礎上，采用DPM離散相模型模擬計算了不同條件下穩(wěn)態(tài)過濾階段的顆粒相流動。研究表明隨機模型的過濾效率隨著顆粒直徑的增大而增加；隨著過濾速度的增大，也逐漸增加至