纤维滤料中微粒捕集机理研究：孤立体捕集效应

纤维层滤料由众多单纤维构成，首先研究单一纤维的捕集机理。当含尘气流绕流纤维体时，发生拦截效应、惯性效应、扩散效应、静电效应、重力效应，从而捕集尘粒，如图2-1所示。

1.惯性效应

当尘粒沿流线运动接近纤维体时，气体绕流，而较大质量的尘粒受惯性力作用偏离流线，切向运动，与纤维碰撞而截留。

2.拦截效应

当尘粒沿流线运动接近纤维体时，大多数细小的尘粒随气流绕流，只有半径大于或等于尘粒中心至纤维边缘之间距离的尘粒，被纤维拦截钩附。

图2-1 纤维体捕集粉尘机理

1—惯性 2—拦截 3—扩散 4—静电 5—重力

3.扩散效应

粒径≤0.1μm的微粒在流体分子热运动的作用下产生不规则的布朗扩散，脱离流线，被纤维捕集。对于0.1μm的微粒，在常温下每秒扩散距离可达17μm。粒径越小、含尘气体温度越高，扩散效益越明显。(www.xing528.com)

4.静电效应

因受摩擦感应或外加电场的作用，使尘粒或纤维荷电，当两者电荷极性相反时，在库仑力的作用下，尘粒被纤维吸引而捕集。

5.重力效应

当尘粒粒径较大、质量较重，而气流速度较小时，尘粒在重力作用下，脱离运动轨迹，沉落纤维表面而捕集。

此外，还有分子间吸引的范德华效应、温差造成的热致迁移效应、浓度差异引起的浓度扩散效应。

以上各种捕集效应是以单一纤维作孤立捕集体来描述的，实际上，起过滤作用的是按一定组织结构排列的众多纤维集合体，纤维之间相互发生影响。同时，过滤过程通常不是一种效应起作用，而是多种效应同时起作用，各种捕集效应所起的捕集作用因尘粒大小、流速高低而异。图2-2为各种捕集效应的作用区域。

图2-2 各种捕集效应的作用区域

可见，对粒径大于1.0μm的尘粒，以惯性碰撞、重力和拦截效应为主，对粒径小于0.2μm的尘粒，以分子扩散和静电效应为主；当流速大于15cm/s时，惯性碰撞作用加强，当流速小于5cm/s时，重力、拦截、扩散效应明显。