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硅酸铝纤维制备高温气体除尘材料的性能

陶瓷学报 2013年第1期34卷 26-30页

作者：汪家勤徐超金江南京工业大学材料科学与工程学院江苏南京210009

采用真空抽滤并加热处理的方法制备硅酸铝纤维高温气体除尘材料,并通过扫描电子显微镜(SEM)、金相显微镜和压汞仪分别对材料的显微结构、纤维分散性、孔径大小和分布进行了分析。结果表明,在800℃并保温1h加热处理后,材料的抗折强度达到... 详细信息

采用真空抽滤并加热处理的方法制备硅酸铝纤维高温气体除尘材料,并通过扫描电子显微镜(SEM)、金相显微镜和压汞仪分别对材料的显微结构、纤维分散性、孔径大小和分布进行了分析。结果表明,在800℃并保温1h加热处理后,材料的抗折强度达到3.14MPa,过滤阻力为79.75Pa/m/min,孔直径在10～80μm的孔占总体积的70.23%,气孔率达到72.99%。硅酸铝纤维多孔陶瓷材料具有较高的抗折强度,孔隙率和较低的过滤阻力,可用于高温条件下粉尘颗粒的过滤。

关键词：高温气体除尘纤维分散性孔径大小和分布抗折强度过滤阻力

小型高效过滤器过滤性能的多尺度数值仿真研究

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小型高效过滤器过滤性能的多尺度数值仿真研究

作者：王伟中国人民解放军军事医学科学院

学位级别：硕士

过滤罐是一种小型高效过滤器,它是个体生物防护面具重要的组成部分,主要用于净化被污染的气体,将有毒气体或生物气溶胶粒子隔离于过滤介质的表面及内部。近些年来,随着世界各地生物安全时间的频发,各国研究者针对过滤罐的过滤性能做了... 详细信息

过滤罐是一种小型高效过滤器,它是个体生物防护面具重要的组成部分,主要用于净化被污染的气体,将有毒气体或生物气溶胶粒子隔离于过滤介质的表面及内部。近些年来,随着世界各地生物安全时间的频发,各国研究者针对过滤罐的过滤性能做了大量研究,即通过有效的手段提高过滤罐的过滤效率η降低其过滤阻力△P。对于此,采用实验的方法或借助过滤理论推演的方法能达到一定的效果,但实验的方法获取数据能力有限,过滤理论适用条件有限。然而采用计算机数值仿真的方法,借助建立适当的物理建模及数学建模,可以将过滤罐优化设计的过程依托于计算机进行,通过预测一定外界条件下过滤罐的效率与阻力,来研究各因素对过滤罐过滤性能的影响。这将很大程度地简化其研发过程,对于过滤罐过滤性能的优化具有重大的意义。然而,在具体应用中,由于生物防护领中所应用的小型高效过滤器(High Efficiency Particulate Air, HEPA)、超高效过滤器(Ultra Low Penetration Air, ULPA)的滤料纤维直径一般为微米级甚至纳米级尺度,所针对的气溶胶微粒的几何直径一般也为微纳米级尺度,但滤芯及罐体的几何特征尺寸为厘米级尺度。这三者尺度跨度巨大,且每个尺度下的流体流动都对过滤罐的过滤性能有着非常大的影响。直接建立过滤罐的全尺度数值计算模型会造成巨大的计算量,在普通PC机上难以应用。而随着多尺度分析方法的发展及其应用,对于复杂流动的研究也推进到了多尺度分析的层面上。通过利用有效的数值仿真方法对各个尺度下的流动进行模拟预测,建立有效的尺度之间数据传递或推进机制,将微尺度下的流动与宏观尺度下的流动关联起来,这种算法不但能够满足多尺度耦合条件下的复杂流动问题系统解析的要求,而且可以大大减化运算程序、减少计算量,适用于普通PC机。但目前,对于过滤罐过滤性能的仿真研究仍多停留在单尺度分析的层面上。如仅在微观尺度上对滤料的过滤性能或仅在宏观尺度上对过滤罐整体的过滤性能进行数值研究,这样的做法不能达到系统全面了解、预测过滤罐过滤性能的目的。鉴于此,本文使用了一种多尺度数值分析的方法对过滤罐的过滤性能进行研究。研究中,鉴于U15玻璃纤维滤料厚度与纤维直径间的尺度差距,为减少后续流场分析时的数值计算量。本文对其在厚度方向上进行了分层并利用VB高级语言及Gambit软件的Journal文件建立了局部厚度U15滤料的二维及三维模型。在验证计算域大小及网格密度对数值计算结果独立性的基础之上。利用Fluent软件，基于欧拉-欧拉(Eule-Euler)方法对面速度Vs=0.01m/s～0.06m/s时局部厚度U15滤料的过滤阻力、及针对几何直径为0.3μm的微粒的过滤效率进行了预测并与理论计算值进行了对比。结果表明局部厚度滤料过滤阻力随面速度增加呈线性增长,滤料过滤阻力预测值远远小于理论计算值。在数值仿真过程中,利用Maxwell—阶壁面滑移方程对纤维壁面进行修饰,并基于两种纤维壁面条件,滑移壁面条件和无滑移壁面条件,分析了微尺度下滑移流对滤料过滤阻力的影响。结果表明滑移流的出现会使滤料的过滤阻力减小。基于多孔介质模型,利用Gambit软件建立了基于二维／三维模型的U15玻璃纤维滤料全厚度模型。利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法对面速度在Vs=0.01m/s～0.06m/s时全厚度U15滤料的过滤阻力进行了预测并与理论计算值及实验值进行对比。结果表明,滤料过滤阻力随着面随度的增加呈线性增加。CFD预测值与理论计算值差距较大,但与实验结果有着很好的一致性。其中基于二维模型的CFD预测值与实验值的相对误差在8.75%-10.28%,基于三维模型的CFD预测值与实验值的相对误差在7.92%-9.44%,两者对于实验值的误差都较小,说明上述研究能够用于一定条件下滤料过滤阻力的预测。在此基础之上,对Davies实验关联式中的f(a)无量纲过滤阻力进行了修正,使修正后的公式可以用于预测低面速条件下U15玻璃纤维滤料的过滤阻力。对面速度在Vs=0.01m/s～0.06m/s时全厚度U15滤料针对几何直径为0.3μm的微粒的过滤效率进行了预测计算并与理论计算值及实验值进行对比。结果表明,滤料过滤效率随面速度的增加而下降,CFD预测值与理论计算值差距较大但与实验结果差距较小,其中基于二维模型的CFD预测值与实验值的误差小于0.27%。基于三维模型的CFD预测值与实验值的误差小于0.02%。两者对于实验值的误差都较小,但无法达到预测超高效滤料过滤效率(≥99.9999%)的要求。在U15滤料过滤性能数值研究的基础之上,建立了滤芯的二维模型及罐体三维模型。利用Fluent软件对滤芯在面速度Vs=0.01m/s～0.06m/s下的过滤阻力进行了预测。将滤芯视为多孔介质并对罐体在面速度Vs=0.01m/s～0.06m/s下的过滤阻力进行了预测,

关键词：多尺度分析计算流体力学壁面滑移气-固两相流过滤阻力过滤效率

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超细纤维复合空气过滤材料的结构和性能研究

超细纤维复合空气过滤材料的结构和性能研究

作者：刘雅熙华南理工大学

学位级别：硕士

目前超细玻璃纤维在高效空气过滤材料中应用广泛,但玻璃纤维制备的滤材强度较差。原纤化天丝比玻璃纤维直径更小、比表面积更大,纤维间彼此交织缠绕,能制备出过滤效率较高、强度较好的滤材,但滤材的阻力较高。对于空气过滤材料来说,单... 详细信息

目前超细玻璃纤维在高效空气过滤材料中应用广泛,但玻璃纤维制备的滤材强度较差。原纤化天丝比玻璃纤维直径更小、比表面积更大,纤维间彼此交织缠绕,能制备出过滤效率较高、强度较好的滤材,但滤材的阻力较高。对于空气过滤材料来说,单一纤维原料或单层结构已经不能满足其应用需求。因此,本研究以玻璃棉和原纤化天丝这两种超细纤维为原料,制备了双层复合空气过滤材料并探究了滤材的结构和性能特点。本文主要以五种平均直径不同的玻璃棉和五种平均直径不同的原纤化天丝为超细纤维原料,通过湿法成形的方式将其与PET无纺布复合,制备了双层空气过滤材料,并借助加热干燥和冷冻干燥探究了毛细黏附对滤材结构和性能的影响。研究内容和主要结论如下:1.打浆度本身是个笼统的概念,它和纤维直径之间不存在对应关系,不适合将其作为表征本文所用的十种超细纤维原料直径的方法。根据比表面积的测试结果,通过公式计算即可得到纤维原料的平均直径,比表面积可以用来表征本文所用的五种原纤化天丝的直径。Image J软件中的Diameter J插件能通过平面扫描电镜图来测量并计算纤维的平均直径,可以用来表征本文所用的五种玻璃棉的直径。2.纯玻璃棉制备的40 g/m单层滤材强度较差,而纯原纤化天丝制备的40 g/m单层滤材阻力过大。虽然将TS5和BLM5混合可以在一定程度上提高滤材的强度、降低滤材的阻力,但滤材的阻力仍旧较大。因此为了进一步降低滤材的阻力,后续的研究中采用了在PET无纺布的表面复合4 g/m超纤维层的方法制备双层滤材。3.随着纤维平均直径的减小,玻璃棉复合滤材的阻力和效率增加,透气度、平均孔径、孔隙率、厚度减小;原纤化天丝复合滤材的各项性能变化趋势与玻璃棉复合滤材一致,但其阻力更大、孔隙率更小。当滤材的效率接近时,原纤化天丝制备的滤材阻力更大,因此对于单一超细纤维双层复合滤材来说,玻璃棉制备的滤材比原纤化天丝制备的滤材过滤性能更好。4.将TS5和BLM5按一定配比混合并复合PET无纺布制备双层滤材,通过加热干燥和冷冻干燥探究毛细黏附对滤材结构性能的影响。当TS5和BLM5的配比分别为2:8、4:6、6:4、8:2时,冷冻干燥滤材的效率分别比加热干燥滤材的效率提高了3.5%、5.5%、9.8%、12.2%,阻力分别降低了20.4%、28.1%、23.3%、33.2%,即相同配比的冷冻干燥滤材比加热干燥滤材有更高的效率和更低的阻力,冷冻干燥能使TS5与BLM5混合制备的双层复合滤材获得更好的过滤性能。

关键词：空气过滤超细纤维过滤效率过滤阻力冷冻干燥

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玻纤空气过滤纸原料组成对其过滤性能的影响

玻纤空气过滤纸原料组成对其过滤性能的影响

作者：杨振威华南理工大学

学位级别：硕士

过滤效率和过滤阻力是评估过滤材料过滤性能的首要指标，过滤效率是过滤产品分级的重要依据，决定着空气能否达到净化标准;过滤阻力越低，过滤系统的进气负荷越小，运行成本得到降低，因此“高效低阻”是现代滤材发展的必然趋势。本文... 详细信息

过滤效率和过滤阻力是评估过滤材料过滤性能的首要指标，过滤效率是过滤产品分级的重要依据，决定着空气能否达到净化标准;过滤阻力越低，过滤系统的进气负荷越小，运行成本得到降低，因此“高效低阻”是现代滤材发展的必然趋势。本文主要从以下几个方面探究了玻璃纤维空气过滤纸的原料组成对其过滤效率和阻力的影响，以期为玻纤滤材的设计提供一定的依据。首先，采用了比表面积和扫面电子显微镜法对实验使用的1种短切玻璃纤维和5种玻璃棉的直径进行了测量。结果表明，比较面积法实验数据可重复性较差，而扫描电子显微镜法实验数据较直观，能够获得纤维直径及其分布，测得实验所采用纤维BX、BLM1、BLM2、BLM3、BLM4和BLM5的直径分别为7.00μm、2.61μm、1.02μm、0.66μm、0.62μm和0.43μm。其次，通过采用不同直径的玻璃棉与短切玻纤复配，研究了玻璃棉直径对纸页性能的影响。研究发现，当直径降至1.02μm后，纸页厚度变化不明显;采用直径小于1.02μm的玻璃棉，纸页品质因子能提升至11以上，过滤性能得到优化。但过滤性能并非纤维直径越细越好，采用平均直径0.66μm的BLM3，其含量时25%时，品质因子较其他情况下大，过滤性能更优。然后，在玻璃棉与短切玻纤复配时，通过改变玻璃棉含量，研究了其含量对纸页性能的影响。研究表明，在玻璃纤维或者玻璃棉占主体(含量70%以上)时，纸页厚度较大;而在两者含量相当时，纸页较薄。玻璃棉含量从10%每次增加15%，穿透率均会降低60%以上;过滤阻力随着玻璃棉含量的增加而线性增长。纸页的品质因子随着玻璃棉含量的增加呈现先增长后降低的趋势，在含量25%时品质因子达到最大。最后，通过将上述六种纤维原料复配，对制备的纸页按照过滤效率进行了分组，分别研究了纤维搭配对高、中、粗效过滤纸过滤性能的影响。结果表明，对于粗效范围的C1级别(过滤效率处于40%0%)，“粗骨架+细填充”的纤维搭配方式更容易获得较高的品质因子，滤材过滤性能优良;对于中效范围的Z3级别(过滤效率处于80%0%)，仅采用“粗骨架+细填充”的搭配方式无法满足此区间的效率要求，加入少量的“过渡物质”可以获得较高的过滤效率和品质因子;对于高效范围的G6级别(过滤效率处于99.5%9.95%)，采用“粗骨架+过渡物质+细填充”的配比方式，更容易获得较高的品质因子，不使用过渡物质，过滤性能很难得到提升。

关键词：玻璃棉纤维直径过滤效率过滤阻力品质因子

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GO掺杂PVDF纳米纤维的制备及应用

上海纺织科技 2019年第9期47卷 22-24,63页

作者：赵明慧喻红芹河南省纤维检验局中原工学院纺织学院

静电纺纳米纤维具有比表面积大、纤维直径细、孔隙率高等优点,广泛应用于空气过滤、防水透湿等领域。采用静电纺丝技术,通过在聚偏氟乙烯(PVDF)中掺杂不同质量分数的氧化石墨烯(GO)来制备PVDF/GO复合纳米纤维,并利用扫描电镜对复合纳米... 详细信息

静电纺纳米纤维具有比表面积大、纤维直径细、孔隙率高等优点,广泛应用于空气过滤、防水透湿等领域。采用静电纺丝技术,通过在聚偏氟乙烯(PVDF)中掺杂不同质量分数的氧化石墨烯(GO)来制备PVDF/GO复合纳米纤维,并利用扫描电镜对复合纳米纤维膜的形貌结构进行表征测试。结果显示:当纺丝电压为15 kV时, PVDF纳米纤维形貌较为规整,纤维粗细分布均匀,平均直径为537.61 nm;在PVDF机制中掺杂0.2%GO时,出现了较多的超细纳米纤维,粗细纤维分布较为明显;当纳米纤维膜具有一定厚度时,显示了较好的过滤效率,其过滤效率和过滤阻力分别为99.84%和44.38 Pa。由此可见,所制备的GO掺杂PVDF纳米纤维在空气过滤领域有较大的应用前景。

关键词：纳米纤维静电纺丝聚偏氟乙烯氧化石墨烯过滤效率过滤阻力

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颗粒填料复合式膜生物反应器的长期运行特性

环境工程学报 2008年第1期2卷 31-37页

作者：杨期勇九江学院化学化工学院九江332005

在实验室条件下,从有机物去除效果、透膜压差、污泥颗粒粒径和污泥混合液过滤阻力等方面对颗粒填料复合式膜生物反应器(HMBR)的长期运行特性进行了研究。结果表明,与普通MBR相比,HMBR可以显著减缓膜污染,延长稳定运行时间,减少膜组件的... 详细信息

在实验室条件下,从有机物去除效果、透膜压差、污泥颗粒粒径和污泥混合液过滤阻力等方面对颗粒填料复合式膜生物反应器(HMBR)的长期运行特性进行了研究。结果表明,与普通MBR相比,HMBR可以显著减缓膜污染,延长稳定运行时间,减少膜组件的清洗频率,在本试验条件下,当膜通量分别为3.0、4.5和6.0 L/(m2.h)时,MBR的透膜压差增长率分别是HMBR的5.5、3.3和2.2倍;HMBR的有机污染物去除效果显著,COD平均去除率达到92.3%,但是由于颗粒填料对HMBR膜表面污泥沉积层的去除,HMBR对有机物的筛滤/吸附作用减弱,造成HMBR出水的COD浓度比MBR略高;随运行时间的增长,HMBR污泥颗粒粒径呈下降趋势,而污泥混合液的过滤阻力逐渐增大,由于颗粒填料对污泥絮体的剪切作用,以及污泥生物相的变化导致HMBR的污泥粒径下降趋势比MBR更为明显,粒径分布范围更窄,而且HMBR的污泥混合液过滤阻力增长速率略大于MBR。

关键词：复合式膜生物反应器颗粒填料透膜压差过滤阻力污泥颗粒粒径

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颗粒物尺度对滤料过滤性能的影响

暖通空调 2005年第1期35卷 2-5页

作者：朱晖沈恒根张威东华大学

介绍了不同学者对滤料过滤机理的研究结果 ,实验研究了颗粒物尺度对粗、中、高效滤料过滤效率和过滤阻力的影响。

关键词：颗粒物滤料过滤阻力过滤性能过滤机理过滤材料尺度空调系统过滤效率合理选择

EVOH及其与PP、PET纳米纤维膜制备和性能研究

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EVOH及其与PP、PET纳米纤维膜制备和性能研究

作者：祝可颖东华大学

学位级别：硕士

纳米纤维因其较大的比表面积、较高的长径比、较低的质量等优异的性能使其具有广泛的应用领域。因此,采用纳米纤维制备的纳米纤维膜不仅拥有纳米纤维优异的性能,同时具有高孔隙率、小孔径及孔径分布、良好空间结合性等结构特点。本文首... 详细信息

纳米纤维因其较大的比表面积、较高的长径比、较低的质量等优异的性能使其具有广泛的应用领域。因此,采用纳米纤维制备的纳米纤维膜不仅拥有纳米纤维优异的性能,同时具有高孔隙率、小孔径及孔径分布、良好空间结合性等结构特点。本文首先利用热塑性高聚物/醋酸丁酸纤维素酯不相容体系共混熔融挤出过程中形成纳米尺度纤维状分散相的途径制备乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)纳米纤维,并研究其表面形貌、结晶性能等。随后采用湿法成网法制备EVOH纳米纤维膜,分析EVOH纳米纤维膜的形态、力学性能、孔隙率、比表面积、孔径及孔径分布等性能,结果表明：纳米纤维的平均直径范围为162-260nm;EVOH纳米纤维膜的孔径大小与纤维直径密切相关,EVOH纳米纤维直径增大,其功能膜的孔隙率增大、比表面积减小,力学性能也有所增加。其次,选用聚丙烯(PP)纳米纤维和EVOH纳米纤维经湿法成网法制备PP/EVOH复合纳米纤维膜,研究了复合纳米纤维膜的形态、孔隙率、孔径、比表面积、水通量和过滤阻力等性能。结果表明：加入直径较大的PP纳米纤维后PP/EVOH复合纳米纤维膜较EVOH纳米纤维膜的孔隙率变大,水接触角变大,孔径及孔径分布变宽;随测试时间延长,PP/EVOH复合纳米纤维膜的水通量有所降低,且采用的操作压力越大下降的越明显;热处理使其孔径变小但其孔隙率明显降低,导致水通量明显下降,影响使用性能;复合纳米纤维膜对TiO2的截留率可达95%;随着过滤的进行,PP/EVOH复合纳米纤维膜的水通量下降,过滤阻力增加,膜孔堵塞、吸附阻力以及沉积滤饼的阻力是造成复合纳米纤维膜水通量下降的主要原因。最后,选用EVOH纳米纤维和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纳米纤维经湿法成网制备EVOH/PET复合纳米纤维膜,研究了EVOH/PET复合纳米纤维膜的形态、孔隙率、孔径、比表面积、力学性能、水通量和过滤阻力等性能。结果表明：随着EVOH纳米纤维含量的增加,EVOH/PET复合纳米纤维会更均匀的分散在水介质中,且所得EVOH/PET复合纳米纤维膜的孔隙率均比PET纳米纤维膜高,力学性能也会有不同程度的增加,孔径变小且更加集中;热处理后,复合纳米纤维膜的力学性能显著增加,且孔隙率和水通量并没有很明显差异。热处理EVOH/PET(30/70)复合纳米纤维膜对Ti02溶液的过滤效率可达90%以上;随着过滤的进行,复合纳米纤维膜的渗流通量下降、过滤阻力增加,除了膜表面沉积滤饼的阻力和膜孔堵塞阻力外,纳米纤维膜的自身阻力也是造成水通量下降的一个重要原因。

关键词：纳米纤维膜孔径分布比表面积水通量过滤阻力

圆筒形木纤维发动机空气滤芯稳态过滤仿真与试验研究

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圆筒形木纤维发动机空气滤芯稳态过滤仿真与试验研究

作者：于淼东北林业大学

学位级别：硕士

汽车发动机空气滤芯是汽车发动机进气系统中重要的组成部件。在发动机工作的过程中,空气会经过空气滤芯的过滤进入发动机的进气歧管中,再经由节气门、进气稳压箱,最终汇入到发动机的气缸中。空气滤芯的选择对于汽车发动机的动力性、经... 详细信息

汽车发动机空气滤芯是汽车发动机进气系统中重要的组成部件。在发动机工作的过程中,空气会经过空气滤芯的过滤进入发动机的进气歧管中,再经由节气门、进气稳压箱,最终汇入到发动机的气缸中。空气滤芯的选择对于汽车发动机的动力性、经济性和汽车发动机的使用寿命起到了至关重要的作用。本文基于节能减排的理念提出以木纤维为材料设计制作一种新型的发动机空气滤芯—圆筒形木纤维发动机空气滤芯。本文首先介绍不同类别的空气滤芯与常见的品牌空气滤芯,对比不同种类纤维滤芯的性能,根据纤维过滤理论得到圆筒形木纤维发动机空气滤芯的过滤效率公式和过滤阻力公式,将公式通过编程输入MATLAB软件中,运算得出影响圆筒形木纤维发动机空气滤芯过滤性能的曲线,分析不同参数对于滤芯过滤效率、过滤阻力的影响;运用计算流体力学软件FLUENT对圆筒形木纤维发动机空气滤芯进行仿真分析,得出圆筒形木纤维发动机空气滤芯内部压力分布云图、气流运动轨迹的云图和流速分布云图,分析出在稳态过滤阶段圆筒形木纤维发动机空气滤芯内部流场空气流动轨迹与流场内部压力变化;确定圆筒形木纤维发动机空气滤芯参数并制定其实验室加工工艺,制作多个滤芯试样,根据国家标准对圆筒形木纤维发动机空气滤芯试样的过滤性能进行试验,得出不同参数对于滤芯过滤效率、过滤阻力、容尘量的影响,与市场中销售的滤纸滤芯进行性能对比;最后进行发动机台架试验,测试不同参数的圆筒形木纤维发动机空气滤芯对于试验用发动机动力性与经济性的影响,并与市场中销售的滤纸滤芯进行对比试验,将得到的数据输入至Origin 8.6软件中进行二次拟合,分析在不同使用工况下最优的圆筒形木纤维发动机空气滤芯的尺寸。这对圆筒形木纤维发动机空气滤芯的设计研发与生产具有重要的意义。

关键词：发动机木纤维滤芯稳态过滤过滤效率过滤阻力容尘量