空气过滤器的过滤机理

空气过滤器的过滤机理主要有以下五种:拦截效应、惯性效应、扩散效应、重力效应、静电效应。[1][2]

1.1.     拦截(或接触、钩住)效应

纤维层内纤维错综排列,形成无数网格。当某一尺寸的微粒沿着流线刚好运动到纤维表面附近时,假使从流线(也是微粒的中心线)到纤维表面的距离等于或小于微粒半径,微粒就在纤维表面被拦截而沉积下来,这种作用成为拦截效应,如图1。筛子效应也属于拦截效应,也有单成为过滤效应的,如图2所示。

空气过滤器的过滤机理

图1 拦截效应

空气过滤器的过滤机理

图2 筛子效应或过滤效应

1.2.     惯性效应

由于纤维排列复杂,气流在纤维层内穿过时,其流线要屡经激烈的拐弯。当微粒质量较大或者速度(可以看成气流的速度)较大,在流线拐弯时,微粒由于惯性来不及跟随流线同时绕过纤维,因而脱离流线向纤维靠近,并碰撞在纤维上而沉积下来,如图3所示。

空气过滤器的过滤机理

图3 惯性效应

1.3.     扩散效应

由于气体分子热运动对微粒的碰撞而产生的微粒的布朗运动,对于越小的微粒越显著。常温下0.1μm的微粒每秒钟扩散距离达17μm,比纤维间距离大几倍至几十倍,这就使微粒有更大的机会运动到纤维表面而沉积下来,而大于0.3μm的微粒其布朗运动减弱,一般不足以靠布朗运动使其离开流线碰撞到纤维上面去,如图4所示。

空气过滤器的过滤机理

图4 扩散效应

 

1.4.     重力效应

微粒通过纤维层时,在重力作用下发生脱离流线的位移,也就是因重力沉降而沉积在纤维上,如图5。由于气流通过纤维过滤器特别是通过滤纸过滤器的时间远小于1s,因而对于直径小于0.5μm的微粒,当它没有沉降到纤维上时已经通过了纤维层,所以重力沉降完全可以忽略。

空气过滤器的过滤机理

图5-1 重力效应(重力与气流方向平行)

空气过滤器的过滤机理

图5-2 重力效应(重力与气流方向垂直)

 

1.5.     静电效应

由于种种原因,纤维和微粒都可能带上电荷,产生吸引微粒的静电效应,但除了有意识的使纤维或微粒带电外,若是在纤维处理过程中因摩擦带上电荷,或因微粒感应而使纤维表面带电,则这种电荷既不能长时间存在,电场强度也很弱,产生的吸引力很小,可以完全忽略。

空气过滤器的过滤机理

图6 静电效应

除了这五种主要的过滤机理外,还有化学过滤机理和膜过滤机理。化学过滤机理又可分为物理吸附和化学吸附,活性炭的过滤作用就属于物理吸附。[3]

膜过滤机理与传统纤维过滤不同,膜过滤以表面过滤为机理,过滤过程只发生在膜表面,聚集在膜表面风粉尘微粒很容易被清除,每次反吹后阻力能恢复到初始状态,所以使用寿命较长。[2]膜过滤器将越来越普及。在当前的空气过滤器市场中,微细玻璃纤维过滤器占据着主导地位,但膜过滤器也早已崭露头角,并在高效空气过滤和集尘应用中,有着取代微细玻璃纤维过滤器的趋势。[4]

参考资料:
[1] 许钟麟.空气洁净技术原理(第三版).科学出版社,2003.

[2] 刘道清,空气过滤技术研究综述.环境科学与管理,2007.05.
[3] 蔡杰,空气过滤器专题讲座,洁净与空调技术,2002-2003.|
[4] 刘来红,王世宏.空气过滤器的发展及其应用,过滤与分离,2000.4.

 
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