《納米顆粒物過濾中反彈效應的研究》是依託清華大學，由江鋒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米顆粒物過濾中反彈效應的研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：江鋒
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用纖維過濾材料過濾顆粒物是去除環境中顆粒物的一種最基本、最重要的方法。經典的過濾理論認為：纖維濾料對顆粒物的過濾機理主要是截留、慣性碰撞、擴散和靜電等，它假設顆粒一旦與過濾纖維表面相接觸即被完全捕獲，而忽略了顆粒與纖維表面接觸後反彈的可能性及其後果。國際上近幾年的研究表明，納米氣溶膠的反彈可能明顯降低高效率濾料的過濾效率，但是對於影響氣溶膠反彈的因素以及顆粒－纖維碰撞反彈的理論模型描述還缺乏系統的研究。本課題提出：選擇不同效率等級的乾態和濕態金屬纖維、玻璃纖維以及聚丙烯纖維過濾材料，對多種不同密度、不同形狀和不同粒徑的固態和液態顆粒物的過濾效率進行測量，來實驗描述出氣溶膠物理特性（如密度、形狀和粒徑等）、過濾材料纖維直徑和種類以及過濾速度對反彈效應的影響關係，並且通過理論分析描述出包含反彈效應的過濾效率公式。
結題摘要
本研究採用三種不同效率等級玻璃纖維作為過濾材料，通過實驗分析獲得濾料的纖維直徑、厚度和填充率等物理參數。根據實驗所需濕態濾料的要求，分別使用水、甲基矽油對濾料進行濕處理，處理方法分別為浸漬法和加熱熏蒸法，根據濾料過濾阻力實驗確定濕態濾料製備方法為矽油熏蒸法。通過實驗確定收集燃燒鎂條火焰上方20 mm處的MgO顆粒，超聲後與NaCl顆粒一樣使用Collison型噴嘴發生噴霧；DEHS液體使用Laskin型噴嘴噴霧。利用本研究設計加工的顆粒物發生裝置，發生的顆粒物滿足實驗對顆粒物濃度和粒徑的要求。過濾效率的測量採用TSI SMPS3936L22掃描遷移率粒徑分析儀，性能實驗證明檢測裝置測量結果準確、穩定和可靠。通過數值模擬分析模擬了不同工況下，蒸發冷凝技術產生氣溶膠的粒徑大小，並且與實驗數據進行了對比，結果表明使用蒸發冷凝技術，可以通過調節飽和器流量等參數獲得單分散性能好，且粒徑滿足高效濾料效率測試要求的高濃度準單分散油性（DEHS）氣溶膠。根據三種顆粒物在不同濾速、不同效率等級的乾濕態濾料下過濾效率測量的實驗結果，得到如下結論：（1）可以使用濕態濾料模擬過濾的理想狀態。蒸油後濕態濾料特性基本不變，可以用濕態濾料模擬顆粒一旦與過濾纖維表面相接觸即被完全捕獲的理想狀態；（2）液態顆粒反彈效應與固態顆粒相比極小；（3）存在顆粒物的反彈效應。可以將乾態玻璃纖維濾料在5.3 cm/s濾速下對MgO顆粒的過濾作為反彈效應實驗的基準體系。可以根據形狀參數S對其它形狀的顆粒物、根據過濾介質透過率的動力學模型對其它濾速的顆粒物反彈效應進行修正確定；（4）最易反彈粒徑和反彈率與濾速成正比。對於同一濾料，隨著濾速的增大，透過率升高，最易透過粒徑MPPS減小，而最易反彈粒徑增大，反彈率升高，5 cm/s左右可能是顆粒反彈效應的極值。在1~5.3 cm/s的常用濾速範圍內，幾種顆粒物的最大反彈率在0.039~1.324 %之間；（5）不同濾速下影響反彈效應的作用機理可能不同。反彈對擴散效應的修正係數約為0.806，對攔截效應的修正約為0.827；（6）不同顆粒物的最大反彈率有所不同，但最易反彈粒徑相差不大；（7）反彈效應對透過率的影響較大。在最易透過粒徑附近，反彈效應對透過率的貢獻達到0.23~0.31的水平。因此對於高效及超高效過濾，需要考慮反彈效應的影響。
