袋式除塵設備用表面過濾材料凈化性能的模擬與實驗研究

過濾凈化是環境科學領域存在的較為重要的問題，對粉塵進行過濾凈化存在著過濾介質隨捕集粉塵的沉積，過濾介質壓力損失及能耗隨過濾時間劇烈增加，過濾介質需經常清灰及更換等問題，提高粉塵捕集效率、優化過濾運行過程、降低過濾運行成本，減少能耗，研發、低阻、易清灰的新型過濾介質是多年來眾多學者及科研工作者的追求目標。為此，我們研究重點為減少工業粉塵過濾壓力損失及優化選擇過濾材料等問題。主要研究內容及研究結果包括：
（1）考慮了粉塵顆粒在過濾介質中的沉積，根據質量守恒定律，建立了粉塵濃度在纖維過濾介質分布的數學模型，分別在單纖維捕集系數固定不變及隨粉塵沉積質量變化兩種情況下，對粉塵濃度分布數學模型進行了理論求解，得出了非穩態捕集效率的理論計算公式，傳統過濾理論捕集效率計算公式為本模型理論的特例，通過相關實驗研究分析，證明了本數學模型的兩種理論求解結果，雖然在形式上有所不同，但計算結果基本一致。
 （2）通過對傳統過濾效率理論計算公式中各影響因素進行分析計算，獲得大量的數據，并對其進行回歸統計分析，得出了捕集效率計算的經驗模型，以便于預測及評價過濾介質的捕集效率，為計算多分散粉塵顆粒捕集總效率，提供了計算方法及途徑。
 （3）建立非穩態壓力損失的機理及經驗模型，通過對國產纖維濾料的性能測試研究，對模型進行驗證，為國產濾料應用于粉塵控制，積累了研究數據及資料。
（4）在假設條件下，開發可視化粉塵顆粒物在纖維濾料中沉積的計算機仿真模擬程序，模擬粉塵沉積及過濾過程，研究濾料及粉塵顆粒物特性與過濾性能之間的相互關系，對模擬實驗結果與實測結果進行對比，取得必要的修正及參數，便可利用計算機模擬研究替代實驗進行過濾介質的優化選擇及設計。
（5）通過建立的計算機隨機沉積模型，采用計算機進行大量的計算，研究不同粒徑的顆粒物沉積與不同纖維直徑及間距的互相關系等問題，為濾料結構的合理設計創立條件，為開發新型濾料提供理論依據。通過計算機模擬分析，得出了粉塵粒徑、纖維直徑及過濾介質填充率與捕集效率和壓力損失的相關關系，提出梯度濾料具有較好的過濾特性的濾料設計思想。
（6）對計算機模擬形成的粉塵層，引入分形理論，研究單分散和多分散粉塵顆粒群的幾何特征，用分形維數這一簡單的數值，表征復雜的粉塵顆粒物沉積群的形態，研究粉塵層的孔隙率與其粒徑及分形維數的關系，探討粉塵分維數在粉塵控制技術中應用的可行性及應用途經。
 （7）將新的濾料設計思想應用于新型濾料研發中，研制出具有、低阻及易清灰特性的梯度濾料，其壓力損失低于覆膜濾料。并將其應用于電廠過濾除塵系統中，解決了過濾運行中能耗過大的問題，為袋式過濾除塵器應用于電廠除塵中積累了經驗。