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分析影响高效空气过滤器性能的因素

2016-06-04
影响高效空气过滤器性能的因素主要有：滤料性能、被过滤气流性质、气流速度和过滤器结构。归纳这些影响因素，并根据大量测量数据可得到理论上的空气过滤器效率、阻力计算公式。但实际测量值和理论计算值之间存在一定的误差，因此，有必要从实际检测结果来分析影响空气过滤器性能的主要因素。
    本文对高效空气过滤器检测系统的检测结果进行分析，得出影响其性能的主要因素。
    1、空气过滤器检测方法的概况
    空气过滤器检测系统分为高效空气过滤器系统和一般通风用空气过滤器2类。高效空气过滤器的检测按GB6165—85及其修订版GB12554—92执行。此标准规定效率检测方法为钠焰法和油雾法[]。一般通风用空气过滤器的检测按GB12218—89及其修订后的GB14295—93执行，此标准规定效率检测方法为大气尘粒径分组计数法L2j。
    过滤器检测标准发展如下：1956年美国军事委员会制定了高效空气过滤器检测标准USMIL—STD282，效率检测用DOP法。1965年英国制定了英国标准BS3928，效率检测用钠焰法。1973年欧洲通风协会制定了Eurovent 4／4标准，沿用了钠焰检测法。后来美国环境科学学会编制了一系列推荐检测方法的类似标准，均采用DOP计径计数法检测过滤器效率。欧洲在1999年制定了BS EN1822标准，采用最易透过粒径(MPPS)检测过滤效率。我国检测标准采用钠焰法，是根据钠原子被氢气火焰激发后发出波长为589 nm的特征光，光的强度与气溶胶质量浓度成比例的原理，通过检测被测过滤器前后光强度的比值来计算过滤效率[3J。
    1938年美国国家标准制定了针对中效空气过滤器的比色效率检测法，按尘源又分为人工尘比色效率法和大气尘比色效率法2种。1952年美国过滤器研究所制定的AF1人工尘计重法，主要用于粗效过滤器。ASHRAE52—76影响最大，2O世纪8O年代国内提出采用大气尘计径计数法作为一般通风用过滤器检测方法。
    人工尘计重法是以人工尘为尘源，通过检测被测过滤器前后人工尘质量变化来确定过滤器的过滤效率；比色效率法是根据采样前后由于积尘使滤纸的光通量或色度发生变化，采用比色计来判别其差异，从而得出过滤器的效率；计径计数法是通过白炽光源或激光光源的粒子计数器测量被测过滤器前后各粒径档的累积粒子数目确定各粒径档的累积计数效率，此方法给出一条随粒径变化的过滤效率曲线，能够更全面地反映过滤器的性能。随着电子行业的发展，洁净级别要求越来越高，特别是1级洁净室的出现，相应地对检测技术和检测仪器提出了更高的要求。为适应这种要求，国外已研制出并开始生产测量0。1pm粒子的激光粒子计数器，最近又成功研制测量更小粒径0．01 m的粒子计数器。激光粒子计数器、凝聚核粒子计数器等新型测量仪器的出现和气溶胶技术的发展，为测量计径效率提供了必要的方法和手段 ]。空气过滤器计数效率检测法将过滤器的测试方法与洁净室的检测方法统一起来，因此可根据洁净度要求正确地选择过滤器，这是一种快速、简单、方便的过滤器检测方法。鉴于此，有人提出一套将高效空气过滤器检测系统与一般通风用空气过滤器检测系统合二为一的过滤器性能检测系统，效率检测用计径计数法，经试验测试检测效率和检测结果均符合过滤器测试要求 ]。同时也有用于采用计数效率法检测过滤器检测的一般通风用空气过滤器的新型检测台本文所述高效空气过滤器检测法为钠焰法。
    2、空气过滤器检测的结果及分析
    2．1 高效空气过滤器检测
    国内高效空气过滤器检测大多采用钠焰法，测出额定风量下过滤器效率和阻力，本文将根据国内通用的钠焰法对含有质量中值约为0．5 tzm气溶胶的粒径过滤气流进行过滤的高效空气过滤器检测结果分析影响空气过滤器性能的因素。
    2．1．1 空气过滤器效率
    影响纤维过滤器效率的因素主要是被过滤气流中微粒直径、滤料纤维粗细、滤料结构、气流速度、气流的温湿度和含尘量，归纳起来过滤器的效率高低取决于滤料的性能、被过滤气流的性质和气流速度。图1，图2，图3，图4为不同型号的高效空气过滤器在额定风量和2O％额定风量下的过滤效率，该检测系统额定风量为3 400 m。／h，检测方法为钠焰法。这几个型号过滤器的框架结构相同，采用不同的滤料制作而成，从检测结果可以看出；在误差允许范围内，高效空气过滤器结构对过滤效率影响很小，主要与滤料的性能有关；过滤气流速度变化时会影响到过滤器的过滤效率，在相同风量下不同型号过滤器的过滤效率略有差异，这是由于过滤面积不同而引起滤速不同。在2O额定风量时，气流过滤速度降低，过滤效率不降低，证明过滤器没有泄漏之处。对相同型号过滤器而言，当风量、过滤面积、滤料性能相同时，过滤器效率变化不大。从图l中检测的2O台YM1 型号过滤器可以看出：在额定风量与2o 9，6额定风量时，高效空气过滤器效率波动具有类似性 YM2 ，YM3 ，YM4 (见图2，图3，图4)型号过滤器也有相同结论。
    2．1．2 空气过滤器阻力
    空气过滤器阻力分析主要有2种理论：一种是通道理论，假定多孔体可以模拟成由毛细管构成的系统，并对通过圆形毛细管的气流用泊叶(Poiseuille)定律描述，Kozeny、Carman、Clarefiburg等就采用这种理论；另一种为阻力理论，假定代表多孔体的具有一定几何形状的模型尽可能逼真同时又很简单，能够计算速度场，再知道整个过滤器的阻力，Kuwabara等学者采用了这种理论L5 ]。研究表明过滤器的阻力主要与气流速度、过滤面积、过滤器结构、气体粘度、气体平均自由程、纤维平均半径和填充密度有关。归纳这些影响圜素，可把过滤器阻力看作结构阻力与滤料阻力2部分之和，得出相应的阻力计算关联式。从大量实验测出数据和理论计算可以看出：实验值和理论计算值存在一定的误差，这主要是由于理论所建立的模型与过滤器中实际流场不完全吻合所致，同时为简化计算所做的假设也是一种理想状况。从图5，图6可看出：就相同型号过滤器而亩，在相同额定风量下，结构阻力相等，总阻力大小并不一样，主要是由于滤料阻力不同致使其总阻力不同；不同结构过滤器在相同风量下阻力也不相等，这说明结构阻力除和过滤器固有结构有关外，也受滤料性能影响，和滤料透过性能会影响过滤器通道内的气流状态从而影响到结构阻力有关。

    2．2 检测结果分析
    由高效空气过滤器检测结果可知：滤料性能和气流速度是影响空气过滤器性能主要因素。相同结构不同滤料过滤器的过滤效率、阻力测试结果不同；相同型号过滤器因气流速度不同，过滤器的效率、阻力测试结果也不同。
    3、结 论
    从检测结果和上述分析可知：滤料性能、气流速度是影响空气过滤器过滤效率的主要因素；影响空气过滤器阻力的主要因索有风景、过滤器结构、滤料性能。滤料性能是影响空气过滤器性能的主要因素之一。
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