1  研究背景及意义

传统过滤过程的模拟建模方法是通过大量微元来表征复杂的过滤器结构^[1]，并在微元上进行流体流动和颗粒运动情况的计算，其存在的技术难点主要在于，对特定结构和操作参数的过滤器模型，需要通过广泛的实验研究获得相关参数，不适用于未被证实是可用的过滤材料或过滤器结构上。

要想构建一种或多种新型材料^[2]，首先要了解该新型材料的组成是什么，在对这种材料进行分析时，才能够探究不同因素对过滤材料性能的影响，从而在形成新型材料时，能够最大程度地使新型材料符合设计方案。在传统的过滤性能探究方法中，主要通过电镜扫描分析微观层面的组织结构，再通过流量测试探究过滤材料的过滤性能，但这种方法费事费力，而微观建模软件Geodict不仅可以在微观上对材料的结构进行分析^[3]，也能对材料的过滤性能进行模拟测试，从而大大节省工作量。

2  模拟条件及结果、分析

2.1  滤材仿真模型构建

滤材结构采用PaperGeo模块进行建立，模型上方为空气覆膜，模型下方是hv6901型滤材，在仿真建模过程中，分别建立仿真覆膜和基材的模型，在空气覆膜和滤材之后，将空气覆膜和hv6901型滤材进行组合，得到了本章所需要研究目标滤材的三维模型。在建立模型过程中，设置体素大小固定为0.15μm，x-y平面尺寸设置为800×800 voxels，基于固定的模型参数，进行后续的计算分析。 

2.2  滤材压降分析

利用GeoDict软件中的FlowDict模块对滤材压降进行了分析当模拟还未开始时，时间为0 s，此时压降并不为0 pa，压降为18pa左右，在开始一段时间，压降的变化都很小，在时间为100 s左右时，压降为35pa。100 s之后，压降开始增长，增长的速度不同，但始终保持增长直至274 s时，压降达到1019pa，之后压降不发生变化。对180s到274s的曲线进行单独分析，重新绘图，图像变化趋势类似于直线，因此用软件进行线性拟合，得到拟合方程（2-1），R2为0.99776，也较为接近1，在180s到274s间曲线的变化趋势更趋近于线性变化，这就说明在此区间内曲线的增长变化较为稳定。

图2.1 180 s到274 s间压降变化曲线

2.3  滤材过滤效率及沉积灰尘计算

在FilterDict中，使用Filter Life Time模块沉积灰尘的计算，沉积灰尘在堆积过程中，曲线的变化趋势较为稳定，在开始时间3s左右，沉积灰尘发生改变，在之后的变化过程中，沉积灰尘增加的速度保持较小波动的浮动，在整体变化过程中有两次阶跃，两次阶跃量分别是7.105 g/m²和5.3 g/m²，最大沉积灰尘量为107.2 g/m²，经过272s，容尘量达到最大，最大容尘量为106 g/m²。

在计算滤材过滤效率中，设置了约200批次的颗粒，每批次的颗粒粒子的沉积灰尘量都不确定，因此在不同区间能够呈现出不同变化趋势。同时每批颗粒的过滤效率都不同，具体过滤效率指标与沉积灰尘量相关，因此基于上述变化量之间的关系，为方便对比分析，将所得数据绘制于同一张图中。由图2.4可知当颗粒批次数增加时，沉积灰尘量逐渐减少，并且在颗粒批次达到150左右时，沉积灰尘量维持在一个较低的水平。过滤效率随着批次数增加不断增加，从最开始的效率为60%不断升高直至效率达100%。当颗粒批次达100时，过滤效率开始逐渐增加至100%，在过滤效率达100%的区间内，仍有颗粒的效率低于100%，这可能是由于在此区间内沉积灰尘量相对较小，从而形成的团聚物的直径较小，因此在过滤过程中，由于颗粒直径较小，更不容易被过滤纤维捕捉，这就导致这部分批次的过滤效率相比临近批次的过滤效率要小。

图2.2 颗粒批次与过滤效率和沉积灰尘的对应关系图

3  总结

本章主要对hv6901滤材进行分析，首先利用PaperGeo模块按照滤材的实际结构参数进行建模，分别建立空气覆膜模型以及基材模型，在完成两个模型的单独建立后，将两个模型组合起来，构成了实际需要研究的模型。

在对滤材进行仿真建模之后，即开始对过滤性能进行计算，压降的计算主要依靠FlowDict模块进行，在得到计算结果后，对所得的数据进行分析、绘图，探究其变化规律，对压降随时间的变化做出合理的解释。

进行完压降的分析之后，开始利用FilterDict模块进行过滤效率和沉积灰尘的计算，并且结合过滤效率和沉积灰尘的关系图，可得：颗粒批次对应的沉积灰尘量不同，颗粒批次增加时，沉积灰尘量减少，这可能是由于粒子沉积灰尘总量不变，在颗粒批次数量较少时，分配的沉积灰尘较多，这就导致后续颗粒的批次沉积灰尘较少。随着颗粒批次的增加，沉积灰尘量逐渐增加，过滤效率随之增加。

参考文献

[1] 陈俊杰,任建莉,钟英杰,罗誉娅.分子模拟在气固吸附机理研究中的应用进展[J].轻工机械,2010,28(06):5-9+13.

[2] 张明星,陈海焱,颜翠平,高歌,许可.FLΜENT软件在除尘领域中的应用[J].济南大学学报(自然科学版),2006(02).

[3] 张锴,Brandani Stefano.流化床内颗粒流体两相流的CFD模拟[J].化工学报,2010,61(09):2192-2207.