ダスト負荷プロセス中のフィルターの圧力降下に対するプリーツ形状の影響: 実験およびモデリング研究

Scientific Reports volume 12、記事番号: 20331 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

本研究では、フィルタの耐用年数を延長し、換気エネルギー消費量を削減するために、ろ材のプリーツ構造の設計を最適化するための圧力損失モデルを数値シミュレーションと実験によって開発しました。 プリーツフィルター媒体上の塵の堆積に対するストークス数の影響は、数値シミュレーションによって明らかにされました。 これに基づいて、ダスト負荷時の圧力降下モデルが開発されました。 このモデルは、単位面積当たりのダスト堆積量（W）が同じであれば、プリーツ比（α）が大きいほど、ダストケーキの厚さが大きくなり、有効濾過面積における有効濾過速度が大きくなることを示唆しています。 さらに、V 字型フィルターと U 字型フィルターの場合、実験とモデリングの全圧力降下の間の相対平均偏差は、それぞれ 3.68% と 4.82% です。 言い換えれば、提案されたモデルはダスト負荷中の圧力降下を正確に予測します。 さらに、同じαと \(W\) の下では、U 字型フィルターの全圧力損失は V 字型フィルターよりも低く、U 字型フィルターの優れた濾過性能が実証されています。

プリーツフィルターはHVACシステムや空気清浄機の分野で一般的に使用されています。 プリーツ状濾材により、限られたスペースでより大きな濾過面積とより低い濾過速度を実現でき、フィルター交換期間を延長できます1、2、3、4、5、6、7。 濾過効率と圧力損失は、フィルターの性能を示す 2 つの重要な指標です。 濾過効率は濾材と濾過速度に大きく影響されます。 プリーツの形状が濾過効率に及ぼす影響は限定的です8、9、10。 一方、プリーツによるフィルター媒体の曲げ変形は、その透過性と多孔性の変化をもたらし、フィルターの圧力損失が増加します3、11、12、13。 一方、プリーツ形状は気流場の変動と不均一な粉塵の堆積を引き起こすため、粉塵負荷時の圧力降下は平面濾過の圧力降下よりも大きくなります12、14、15、16、17、18。 プリーツ形状はフィルターの性能に大きな影響を与えます。 しかし、ダスト負荷時の圧力降下予測に関する現在の研究は不十分であり、その大部分は実験研究です19、20、21、22。

現在、さまざまなプリーツ形状のフィルターの圧力損失を予測する研究が行われています1、11、14、15、16、23、24、25、26。 Caesar et al.15 は、クリーンな V 字型フィルターと U 字型フィルターの圧力降下予測モデルを開発しました。このモデルでは、総圧力降下を 3 つの要素に分割します。摩擦損失と動的な圧力増加によるプリーツ内の圧力差です。 空気がプリーツシステムに出入りするときの収縮と膨張による圧力降下。 空気がフィルター媒体を通過するときの圧力降下。 彼らの研究における濾過速度は 1 ～ 10 m/s の範囲であり、総圧力損失に対するプリーツ形状によって引き起こされる圧力損失の比率は、濾過速度が増加するにつれて大きくなります。 Del Fabbro ら 26 は、濾材の種類、ひだの形状、および流量パラメーターに基づいて清浄なフィルターの圧力降下を予測する半経験的な無次元モデルを確立しました。 ただし、これまでの研究はクリーンなフィルターに限定されており、粉塵負荷時の圧力低下の予測は含まれていませんでした。

ダスト負荷中のさまざまなプリーツ形状を備えたフィルターの圧力降下を予測することは、これまでほとんど報告されていません。 Fotovati et al.18 は、V 字型および U 字型フィルター上の不均一な粉塵の堆積を調査し、粉塵の堆積に伴う圧力損失の変化を計算しました。 それにもかかわらず、彼らの研究におけるダスト粒子のサイズは 3 μm と 10 μm でしたが、実際のダスト粒子はほとんどが多分散です。 Saleh et al.27 は、V 字型および U 字型のチャネル内の速度場の x 成分と y 成分の解析式を使用して、粉塵時のプリーツフィルターの圧力降下を予測するために適用できる簡単な半数値モデルを推定しました。ロード中。 ただし、このモデルではフィルターのプリーツ部分に不均一に堆積する塵埃は考慮されていません。