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壁流式陶瓷顆粒WILKERSON威爾克森過(guò)濾器結(jié)構(gòu)
壁流式陶瓷顆粒WILKERSON過(guò)濾器是柴油車上有效凈化碳顆粒的裝置。隨著汽車排放標(biāo)準(zhǔn)要求的日益嚴(yán)格，在WILKERSON過(guò)濾器工藝的微觀結(jié)構(gòu)上、性能上提出了更高的要求，力求更高的過(guò)濾效率、盡量低的排氣阻力。壁流式陶瓷顆粒WILKERSON過(guò)濾器內(nèi)部由許多狹長(zhǎng)的微通道組成。常規(guī)的流場(chǎng)模擬是將WILKERSON過(guò)濾器整體看作多孔介質(zhì)，得不到狹長(zhǎng)微通道上的氣流分布及粒子沉積濃度等特性參數(shù)。

壁流式陶瓷顆粒WILKERSON威爾克森過(guò)濾器結(jié)構(gòu)
壁流式陶瓷顆粒WILKERSON過(guò)濾器主要被用來(lái)除去微米，亞微米級(jí)小顆粒，較高的過(guò)濾效率，較低的過(guò)濾阻力是它的顯著特點(diǎn)。在空氣污染日益嚴(yán)重的今天，它不但能有效的提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，也能在一定程度上降低過(guò)濾阻力，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。用數(shù)值模擬的方法對(duì)靜態(tài)壁流式陶瓷顆粒WILKERSON過(guò)濾器內(nèi)部氣相流場(chǎng)進(jìn)行研究，分析其流場(chǎng)規(guī)律并計(jì)算不同運(yùn)行條件下WILKERSON過(guò)濾器的阻力及阻力系數(shù)；基于響應(yīng)曲面法并利用統(tǒng)計(jì)軟件Minitab,對(duì)數(shù)值計(jì)算次數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并擬合出有關(guān)交錯(cuò)排列壁流式陶瓷顆粒WILKERSON過(guò)濾器性能的二次項(xiàng)預(yù)測(cè)模型；利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)壁流式陶瓷顆粒WILKERSON過(guò)濾器過(guò)濾特性進(jìn)行數(shù)值研究，并對(duì)粒徑為0.05μm～0.5μm的帶電顆粒物在不同運(yùn)行條件下經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)壁流式陶瓷顆粒WILKERSON過(guò)濾器的過(guò)濾特性進(jìn)行比較，得出結(jié)論如下：空氣在流經(jīng)靜態(tài)駐極體時(shí)，從WILKERSON過(guò)濾器入口的*排到zui后一排靜態(tài)駐極體之間的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)基本呈周期性變化，并且WILKERSON過(guò)濾器阻力隨著迎面風(fēng)速的增加呈線性的增加，過(guò)濾效率隨著靜態(tài)駐極體纖維之間橫向距離的增大而減小，隨著靜態(tài)駐極體纖維直徑和迎面風(fēng)速的增大而增大，但當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定程度時(shí)，過(guò)濾效率又會(huì)隨著迎面風(fēng)速的增大而減小。通過(guò)優(yōu)化預(yù)測(cè)結(jié)果可知，無(wú)因次化橫向距離、縱向距離、靜態(tài)駐極體直徑及雷諾數(shù)分別為0.155、0.120、0.070、4.787時(shí)，可獲得99.4%的過(guò)濾效率和42.228Pa的阻力，這種高效低阻的復(fù)合合意性為0.967。在顆粒粒徑小于0.1μm時(shí)，靜電力的捕集機(jī)理在整個(gè)捕集機(jī)理（靜電，慣性，攔截，擴(kuò)散）中占主導(dǎo)地位；隨著顆粒粒徑的增加，靜電力對(duì)壁流式陶瓷顆粒WILKERSON過(guò)濾器滲透率的影響逐漸減弱。在小粒徑顆粒范圍內(nèi)（0.05μm～0.5μm），動(dòng)態(tài)壁流式陶瓷顆粒WILKERSON過(guò)濾器的滲透率隨著迎面風(fēng)速的增大而增大。工作集中在狹長(zhǎng)的微通道內(nèi)部的流動(dòng)特性分析，選取四個(gè)1/4氣道及四個(gè)多孔壁作為計(jì)算區(qū)域，分析微通道壁面兩側(cè)的流動(dòng)參數(shù)，尋求微通道結(jié)構(gòu)尺寸的的*值。主要考慮了半邊長(zhǎng)分別為1.2mm、1.0mm、0.8mm的三種模型，應(yīng)用FLUENT軟件，建立了三維六面體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，用k-ε湍流模型進(jìn)行了模擬，對(duì)其靜壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)、碳顆粒濃度場(chǎng)進(jìn)行了分析。不同邊長(zhǎng)微通道的計(jì)算結(jié)果表明，半邊長(zhǎng)為1.2mm的模型具有較低的排氣阻力、較好的碳顆粒沉積特性。針對(duì)半邊長(zhǎng)1.2mm的模型，選取入口速度分別為20m/s、30m/s、40m/s進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示20m/s的模型具有較好的流動(dòng)特性。據(jù)此得出，結(jié)構(gòu)尺寸一定的WILKERSON過(guò)濾器只能在一定的流動(dòng)特性下得到理想的結(jié)果。增加微通道邊長(zhǎng)和增加目數(shù)都有利于過(guò)濾效率的提高、排氣阻力的降低。在WILKERSON過(guò)濾器橫截面積一定的情況下，WILKERSON過(guò)濾器的目數(shù)與孔道邊長(zhǎng)和壁厚的和的平方成反比。

壁流式陶瓷顆粒WILKERSON威爾克森過(guò)濾器結(jié)構(gòu)
因此，為提高WILKERSON過(guò)濾器性能而增加目數(shù)或增加邊長(zhǎng)是矛盾的。在兩者不能兼得的情況下，增加目數(shù)成為通常的選擇，帶來(lái)的問(wèn)題是對(duì)工藝要求的提高?，F(xiàn)行的數(shù)值模擬方法對(duì)分析問(wèn)題提供了便利，但對(duì)于多參數(shù)優(yōu)化還有許多不足。相同結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)壁流式陶瓷顆粒WILKERSON過(guò)濾器的阻力與駐極體的帶電量基本無(wú)關(guān)，而與迎面風(fēng)速呈線性增加的關(guān)系。由顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡可以看出，動(dòng)態(tài)駐極體的背風(fēng)面有帶電顆粒的沉積，這是由靜電力的作用而造成的。