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利用CFD技術(shù)研究高效過(guò)濾器的必要性

近幾年發(fā)展起來(lái)的高分子纖維過(guò)濾技術(shù)能有效改善常規(guī)空氣過(guò)濾器的性能，防止微細(xì)顆粒物隨著空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，如果綜合利用納米光催化技術(shù)（如表面噴涂一些納米TiO2）還可以有效抑止甲苯、甲醛、氨氣、揮發(fā)性有機(jī)物以及微生物等室內(nèi)主要污染物對(duì)人們健康的威脅。

在高效過(guò)濾器領(lǐng)域，目前的研究工作主要集中在如何來(lái)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)過(guò)濾器的壓降和收集效率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試高效過(guò)濾器的過(guò)濾性能固然能得到準(zhǔn)確的結(jié)果，但是這種常規(guī)的實(shí)驗(yàn)手段無(wú)法得到過(guò)濾器內(nèi)部的微細(xì)結(jié)構(gòu)特征，也就無(wú)法進(jìn)一步改善過(guò)濾器的過(guò)濾性能。

隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值計(jì)算技術(shù)越來(lái)越顯示出其在這一領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)不僅省時(shí)省力，而且還可以對(duì)微細(xì)顆粒在過(guò)濾器纖維表面的氣固兩相運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行全面、直觀的模擬。

針對(duì)高效過(guò)濾器內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬，國(guó)內(nèi)外已有眾多學(xué)者進(jìn)行過(guò)研究。然而，需要說(shuō)明的是，大部分研究者計(jì)算模型僅僅考慮單個(gè)纖維的情況，過(guò)濾效率通過(guò)單纖維流場(chǎng)來(lái)決定。在單纖維過(guò)濾器研究的基礎(chǔ)上，有文獻(xiàn)[1-3]對(duì)一些排列較為規(guī)則的纖維過(guò)濾器的氣-固流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值研究。

上述研究都是將實(shí)際的纖維過(guò)濾器的纖維簡(jiǎn)化為一種規(guī)則排列的結(jié)構(gòu)。而實(shí)際上絕大多數(shù)纖維過(guò)濾器內(nèi)的纖維都是一種隨機(jī)排列結(jié)構(gòu)，因此，這種簡(jiǎn)化會(huì)影響數(shù)值模擬研究結(jié)果和實(shí)際情況的吻合程度，在一定程度上將會(huì)制約暖通空調(diào)領(lǐng)域高效空氣過(guò)濾器過(guò)濾性能的進(jìn)一步改善。

為了克服上述數(shù)值計(jì)算模型的不足，同時(shí)也為了得到有關(guān)過(guò)濾器介質(zhì)局部結(jié)構(gòu)的真實(shí)信息，一種有用的技術(shù)是對(duì)材料的序列斷面進(jìn)行成像研究。

回顧了高效空氣過(guò)濾器內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)可視化方法的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，并提出了今后的發(fā)展方向，在此基礎(chǔ)上分析了基于成像方法并利用CFD技術(shù)研究高效過(guò)濾器內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的可行性。