4.3.2 Анализ уравнения фильтрации

Уравнение (4.7) позволяет проанализировать влияние различных факторов на коэффициент проницаемости фильтрующего материала по аэрозолям различной дисперсности.

Коэффициент проницаемости фильтрующего материала сложным образом зависит от его толщины L и структурных характеристик D, r_В, d_В, свойств аэрозоля d_Ч, условий фильтрации U и Т (см. таблицу 4.7). С увеличением толщины L и плотности D фильтрующего материала, а также с уменьшением диаметра его волокон d_В величина К_Ф во всех случаях снижается по экспоненте.

Зависимость коэффициента проницаемости от диаметра аэрозольных частиц и скорости потока имеет чрезвычайно сложный характер. Анализ уравнения (4.7) показывает, что зависимость К_Ф от диаметра аэрозольных частиц d_Ч и скорости воздушного потока U определяется преобладающим процессом приближения частиц к волокну. При диффузионном осаждении аэрозольных частиц с увеличением их диаметра и скорости воздушного потока величина К_Ф возрастает, так как в этом случае уменьшается диффузионный пробег частиц и сокращается время их пребывания среди волокон фильтрующего материала.

С увеличением размера аэрозольных частиц d_Ч эффективность осаждения аэрозолей за счет диффузии уменьшается, и коэффициент проницаемости будет увеличиваться до какого-то определенного значения d¹_Ч. С дальнейшим увеличением размера частиц проницаемость фильтрующего материала постепенно уменьшается, так как, очевидно, увеличивается эффективность осаждения аэрозоля за счет совместного влияния механизмов касания и инерции.

При осаждении аэрозольных частиц в результате касания и инерции увеличение диаметра частиц d_Ч приводит к возрастанию эффективности осаждения и к уменьшению коэффициента проницаемости К_Ф.

С увеличением скорости воздушного потока U величина коэффициента проницаемости К_Ф уменьшается вследствие возрастания эффективности инерционного осаждения частиц. На процесс осаждения касанием скорость воздушного потока практически не влияет.

Таблица 4.7 – Анализ уравнения для коэффициента проницаемости

КФ	Характеристики аэрозоля	Характеристики фильтрующего материала	Внешние условия
Что?	dВ = 0,05 – 1,0 мкм	, L, , dВ	U, T (Aд)
Как?	1. dВ = 0,05 – 0,3мкм  КФ 2. dВ = 0,3 – 1,0 мкм  КФ	1.   КФ  R 2. L  КФ  R 3.   КФ  R 4. dВ  КФ  R	1. dВ = 0,05 – 0,3 мкм U  КФ 2. dВ = 0,05 – 0,3 мкм U  КФ 3. dВ = 0,3 – 1,0 мкм T  КФ 4. dВ = 0,3 – 1,0 мкм T  КФ  const
Поче-му?	Потому, что
	1. Приближение час-тиц этих размеров преимущественно происходит за счёт броуновского дви-жения 2. Приближение час-тиц этих размеров преимущественно происходит за счёт инерции и задевания	1. Уменьшаются про-межутки между волокнами 2. Увеличивается вре-мя нахождения час-тицы в фильтрующем материале 3. Уменьшается боко-вая поверхность воло-кон 4. Увеличиваются промежутки между хаотически уложен-ными волокнами	1. Уменьшается время нахождения частицы в фильтрующем материале при преимущественном приближении частиц за счёт броуновского движения 2. Значительно увели-чивается инерцион-ность частиц 3. Увеличивается броу-новское движение час-тиц 4. Изменение темпера-туры не влияет на инерцию частиц и на задевание

В результате многочисленных экспериментов было установлено, что подавляющее большинство фильтрующих материалов имеет наиболее высокий коэффициент проницаемости при фильтрации аэродисперсных частиц диаметром 0,1…0,4 мкм. Для указанного размера частиц фильтрация аэрозолей (удаление их из потока) происходит только в зонах непосредственного контакта частиц с волокнами (прямого захвата). Частицы меньшего размера участвуют в интенсивном броуновском движении, что способствует лучшему перемешиванию аэрозольного потока в фильтрующем материале и более эффективному осаждению частиц на его волокнах. Аналогично частицы большего размера вследствие своей возрастающей инерционности чаще сталкиваются с поверхностью волокон материала и эффективно удаляются из потока фильтруемой среды. С увеличением размера частиц эффективность прямого захвата также возрастает, и, когда их размер становится сравнимым с расстоянием между волокнами, все частицы задерживаются на лобовой поверхности фильтрующего материала (ситовой эффект).

Сложная зависимость величины коэффициента проницаемости К_Ф от размера аэрозольных частиц, определяемая механизмом приближения аэрозольных частиц к волокнам, является причиной селективных свойств фильтрующего материала. Селективность фильтрации аэрозолей является сложным и до конца еще не изученным явлением, что особенно ярко проявляется при расширении границ, определяющих условия фильтрации.