利用CFD技術(shù)研究過濾器必要性的討論

近幾年發(fā)展起來的高分子纖維過濾技術(shù)能有效改善常規(guī)空氣過濾器的性能，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)主要污染物對人們健康的威脅。
在過濾器領(lǐng)域，目前的研究工作主要集中在如何來準(zhǔn)確地預(yù)測過濾器的壓降和收集效率。通過實驗來測試過濾器的過濾性能固然能得到準(zhǔn)確的結(jié)果，但是這種常規(guī)的實驗手段無法得到過濾器內(nèi)部的微細(xì)結(jié)構(gòu)特征，也就無法進(jìn)一步改善過濾器的過濾性能。
隨著計算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值計算技術(shù)越來越顯示出其在這一領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢，利用計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)不僅省時省力，而且還可以對微細(xì)顆粒在過濾器纖維表面的氣固兩相運動情況進(jìn)行全面、直觀的模擬。
針對過濾器內(nèi)氣固兩相流動的數(shù)值模擬，國內(nèi)外已有眾多學(xué)者進(jìn)行過研究。然而，需要說明的是，大部分研究者計算模型僅僅考慮單個纖維的情況，過濾效率通過單纖維流場來決定。在單纖維過濾器研究的基礎(chǔ)上，有文獻(xiàn)[1-3]對一些排列較為規(guī)則的纖維過濾器的氣-固流動進(jìn)行了數(shù)值研究。
上述研究都是將實際的纖維過濾器的纖維簡化為一種規(guī)則排列的結(jié)構(gòu)。而實際上絕大多數(shù)纖維過濾器內(nèi)的纖維都是一種隨機(jī)排列結(jié)構(gòu)，因此，這種簡化會影響數(shù)值模擬研究結(jié)果和實際情況的吻合程度，在一定程度上將會制約暖通空調(diào)領(lǐng)域空氣過濾器過濾性能的進(jìn)一步改善。為了克服上述數(shù)值計算模型的不足，同時也為了得到有關(guān)過濾器介質(zhì)局部結(jié)構(gòu)的真實信息，一種有用的技術(shù)是對材料的序列斷面進(jìn)行成像研究。
回顧了空氣過濾器內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)可視化方法的國內(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)研究過濾器內(nèi)氣固兩相流動的可行性。