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壓縮空氣過濾器的工作原理是什么?

發布時間:2022-03-11 12:06人氣:

壓縮空氣過濾器的工作原理是什么?一場從天而降的疫情不僅攪亂了我們的生產計劃,還給我們的生產經營帶來了嚴重的影響,甚至給很多企業的發展打了大大的?。至今,我們的生活被口罩所主宰,口罩成了生活必需品......

一場從天而降的疫情不僅攪亂了我們的生產計劃,還給我們的生產經營帶來了嚴重的影響,甚至給很多企業的發展打了大大的“?”。至今,我們的生活被口罩所主宰,口罩成了生活必需品,因為我們認為它能幫我們過濾掉新冠病毒。那么,作為對壓縮空氣進行濾除的過濾器,我們用氣企業是否也應該考慮它的過濾效果,而不是隨意的采購與使用呢?

 

空壓機過濾器原理

 

答案顯而易見。為此,我們從過濾機理與過濾芯材質兩個方面簡要解析一下過濾器,供選用參考。

 

壓縮空氣中的污染物主要有三種,一種是被吸入機頭的大氣污染物,其中80%的直徑在2μm以下(大于的粒子被空氣過濾器過濾了);另一種是主機的帶出物,呈煙霧狀態,消散開來便成0.01~0.8μm的氣溶膠;再一種就是壓縮空氣輸送過程中的管道灰塵或后處理設備的次生物質。一般性質的過濾可將大部分大于1μm的液體和固體物質過濾,而更微小的固體顆粒與氣溶膠,就要采取高效能的過濾。我們常用的纖維過濾器有至少五種過濾機理。

 

1、慣性沖擊的作用機理(如圖1)

空壓機過濾器原理

 

當微粒隨氣流以一定的速度垂直向纖維方向運動時,空氣受阻即改變方向,繞過纖維繼續前進,而微料由于慣性較大,不能及時改變方向跟隨主導氣流前進,于是微粒就直沖到纖維的表面,并由于摩擦粘附作用,微粒就會滯留在纖維表面上,這個過程稱為慣性沖擊滯留作用。單纖維的慣性沖擊搜捕效率為:

空壓機過濾器原理

b——纖維能滯留微粒的寬度區間

df——纖維直徑之比

 

在過濾器濾層中,互相交錯的無數纖維組成層層疊疊的無數網格,纖維直徑越小,填充密度越大,所形成的風格就越緊密,網絡層數也越多,纖維空間的間隙就越小。當壓縮空氣通過過濾層時,僅能從纖維間隙中通過,由于受纖維交錯所阻迫,空氣要不斷改變運動方向和運動速度才能通過濾層。

慣性沖擊對粒徑大于0.5μm微粒起著重要的捕集作用。

 

2、攔截滯留的作用機理(如圖2)

空壓機過濾器原理

 

直徑很細的微粒質量很輕,它隨低速氣流流動慢慢靠近纖維時,微粒所在的主導氣流因受纖維所阻而改變流向繞過纖維前進,并在纖維的周邊形成一層邊界滯留區,滯留區內的氣流速度更慢,進到滯留區的微粒慢慢靠近和接觸纖維而被粘附滯留,這一效應稱為攔截滯留作用。攔截滯留作用對微粒的捕集效率為:

空壓機過濾器原理

R——微粒與纖維的直徑比

Re——與纖維直徑有關的氣流雷諾數

空壓機過濾器原理

c——流過過濾器的平均空氣速度,m/s

ρ——空氣密度,kg/m3

 

在經過慣性沖擊搜捕后,微粒隨氣流繼續向前,當氣流速度降到臨界速度以下,微粒不能以慣性碰撞而滯留在纖維上,纖維的捕集效率似乎應顯著下降。實驗證明,隨著氣流速度的繼續下降,纖維對微粒的捕集效率又會上升,這是攔截滯留作用機理,在發揮作用(如圖3)。

空壓機過濾器原理

 

所以,在纖維過濾器工作時,對于搜捕大于1μm的微粒,慣性沖擊和攔截滯留機理所起的作用要點99.9%左右

 

3、布朗擴散的作用機理(如圖4)

空壓機過濾器原理

 

粒徑在1μm以下的氣溶膠子(如油煙、煙霧等)在很慢的氣流中會產生一種不規則的直線運動,這種運動在物理上稱為布朗擴散。

 

布朗擴散的直線運動距離很短,在較快的氣流速度及較大的纖維間隙中是不起作用的。但在較慢的氣流速度和較小的纖維間隙中,對于粒徑小于0.1μm氣溶膠粒子,布朗擴散的作用就變得非常明顯,其作用大大增加了微粒與纖維的接觸機會。

 

設微粒布朗擴散運動的最大距離是2χ,則離纖維2χ處氣流中的微粒都可能因擴散運動與纖維接觸并滯留的纖維上,這就增加了纖維的捕集效率。

 

空壓機過濾器原理

BM——微粒擴散率

空壓機過濾器原理

式中

空壓機過濾器原理

k——波爾曼茨常數,

空壓機過濾器原理

T——氣流的絕對溫度,K

布朗擴散機理對捕集粒徑小于0.5μm微粒起著重要作用。

 

4、重力沉降的作用機理

重力沉降是一個穩定的分離作用,當微粒所受的重力大于氣流對它的拖拽力時,微粒就容易沉降。由于氣流通過纖維層時間很短(一般遠低于1s),因而對直徑小于0.5μm的微粒,當它還沒有沉降到纖維表面時就已經通過纖維,所以,對于小粒徑微粒重力沉降作用完全可以忽略;而對大粒徑微粒重力沉降作用提高了攔截沉降的捕集機理。

 

當氣流垂直于纖維表面時,重力沉降效率:

空壓機過濾器原理

當氣流平行于纖維表面時,重力沉降效率:

空壓機過濾器原理

式中, CS——沉降速度

        C——氣流速度

粉塵粒子的沉降速度與粒子直徑、粒子密度及氣體介質的性質有關,由下式決定:

空壓機過濾器原理

 

5、靜電吸引的作用機理

干空氣對非導體物質相對運動而發生摩擦時會產生誘導電荷,這就是靜電現象,纖維特別是經樹脂處理過的合成纖維靜電現象更加突出。但僅靠摩擦與感應帶上的電荷既不能長期存在,電場強度也很弱,產生的吸引力很小,對大粒徑微粒是可以忽略不計的。

 

在壓縮空氣過濾環境中,微粒及纖維本身經常處于被液態水分的包覆之下,很難形成靜電,因而除非采取強加外電場的措施——這也是改善過濾性能的一種努力,在高溫環境下工作的過濾器是完全可以忽略靜電作用的。但用在干燥器特別是吸附干燥機后面的過濾器,由于壓縮空氣的相對濕度非常低(<1%),此時,靜電過濾機理起的作用就會很大。

 

以上,僅簡要介紹了幾種過濾機理,隨著科技的發展與人們對過濾效果、效率、效用的研究的深入,還有離心分離、渦流擴散、熱凝聚、磁力淀析的過濾方法和機理。

 

在過濾器的實際研發、設計與使用過程中,為達到高效的過濾效果,通常是幾種機理一起采用,綜合運用。各種機理能夠獨立起作用,但是其綜合結果未必就是單純的疊加,如圖5。

 

空壓機過濾器原理

 

經歷過本次疫情后,人們對自身的防護等級、措施與心理作用會得到加強,對于空氣過濾的應用領域與需求也會增加。更好地理解與掌據過濾機理,是生產、銷售過濾產品、設備、材料從業人員的必備知識。

 

比如,近期民航局也關注到大家對航空器裝配的高效空氣過濾器比較關心,“目前,中國載客運行的飛機幾乎全部裝配了高效空氣過濾器。高效空氣過濾器對于0.3微米的污染顆粒物的過濾效率可達到99.9%以上,能夠有效過濾掉病原微生物,大大降低了病毒在飛機上傳播的可能。所以,請大家放心,相信我們能夠為大家提供安全的機上環境。”

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