Введение
ГЛАВА 1. Осаждение наночастиц из потока на волокна при малых числах рейнольдса 22
1.1. Методы расчета коэффициента захвата наночастиц волокном в ячейке...22
1.1.1. Решение уравнения конвективной диффузии методом конечных разностей 22
1.1.2. Решение уравнения конвективной диффузии методом прямых 1.2. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными при больших числах Пекле 27
1.3. Метод расчета коэффициента захвата частиц волокном в изолированном ряду параллельных волокон
1.3.1. Осаждение наночастиц в изолированном ряду параллельных волокон 31
1.3.2. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными при малых и промежуточных числах Пекле
1.4. Осаждение наночастиц на ультратонких волокнах 36
1.5. Выводы 39
ГЛАВА 2. Осаждение наночастиц в модельных фильтрах из пористых волокон и волокон с некруговым сечением 40
2.1. Осаждение наночастиц на волокна с некруговым сечением 40
2.1.1. Моделирование фильтров, получаемых электроспиннингом. Гидродинамика модельных фильтров из сдвоенных параллельных волокон и волокон с эллиптическим сечением 40
2.1.2. Обтекание ряда параллельных сдвоенных нановолокон
2.1.3. Осаждение наночастиц в ряду сдвоенных волокон 55
2.1.4. Осаждение наночастиц в ряду эллиптических волокон 57
2.2. Теория фильтрации наноаэрозолей фильтрами из пористых волокон 63
2.2.1. Обтекание стоксовым потоком периодических рядов пористых волокон...63
2.2.1.1. Поле течения в системе пористых волокон 64
2.2.1.2. Сравнение с другими моделями 74
2.2.2. Осаждение наночастиц в системе пористых волокон 78
2.3. Выводы 82
ГЛАВА 3. Осаждение наночастиц в модельных фильтрах с трехмерной структурой 83
3.1. Двойная гексагональная модель фильтра 84
3.1.1. Гидродинамическое сопротивление ДГМ-фильтра 84
3.1.2. Осаждение наночастиц в ДГМ-фильтре
3.2. Проскок наночастиц через сеточные диффузионные батареи 91
3.3. Влияние зарядов на наночастицах при калибровке диффузионных батарей 98
3.4. Выводы 103
ЧАСТЬ II. Осаждение субмикронных частиц из потока в модельных фильтрах 104
ГЛАВА 4. Диффузионное осаждение частиц конечного размера из потока на волокна при малых числах рейнольд са 105
4.1. Диффузионное осаждение субмикронных частиц на субмикронных волок
нах 105
4.2. Влияние сил Ван-дер-Ваальса на осаждение субмикронных частиц на ультратонкие волокна 107
4.2.1. Вывод формул для энергии и силы ван-дер-ваальсова взаимодействия сферической частицы с цилиндрическим волокном 110
4.2.2. Диффузионное осаждение субмикронных частиц в поле центральных сил притяжения 118
4.2.3. Результаты расчета коэффициента захвата частиц волокном с учетом сил ван-дер-Ваальса 121
4.2.4. Частицы наиболее проникающего размера 124
4.3. Диффузионное осаждение тяжелых субмикронных частиц (частиц с вы
сокой плотностью) 128
4.3.1. Распределение концентрации тяжелых частиц в потоке в окрестности волокна 129
4.3.2. Результаты расчета коэффициента захвата 1 4.4. Влияние электрических зарядов на частицах на их диффузионное осаждение на незаряженных волокнах 136
4.5. Выводы 142
ГЛАВА 5. Инерционное осаждение частиц конечного размера из потока на волокна 143
5.1. Расчет коэффициента захвата инерционных частиц конечного размера. 146
5.1.1. Влияние сил ван-дер-Ваальса на инерционное осаждение частиц 148
5.1.2. Сравнение расчетных данных с экспериментом 152
5.2. Инерционное осаждение тяжелых частиц 154
5.2.1. Уравнение движения тяжелых частиц и расчет предельных траекторий 155
5.2.2. Результаты расчета коэффициента захвата тяжелых частиц в зависимости от плотности частиц и направления потока 157
5.3. Расчет эффективности инерционного захвата частиц с учетом их отскока от волокон 163
5.3.1. Влияние отражения частиц на коэффициент захвата 163
5.4. Влияние инерционности потока несущей среды на осаждение частиц... 168
5.4.1. Поле течения и сопротивление потоку модельного фильтра при Re l 169
5.4.2. Осаждение инерционных частиц в модельном фильтре при Re 1 175
5.5. Выводы 180
ЧАСТЬ III. Моделирование фильтрации аэрозолей волокнистыми фильтрами при накоплении частиц 181
ГЛАВА 6. Модель фильтра с осадком на волок нах 183
6.1. Гидродинамика запыляемого фильтра 183
6.1.1. Поле течения в ячеечной модели 183
6.1.2. Течение вязкой жидкости в периодических системах параллельных волокон с пористыми проницаемыми оболочками 1 6.1.2.1. Определяющие уравнения и граничные условия 187
6.1.2.2. Изолированный ряд, квадратная и гексагональная решетки волокон... 192
6.2. Осаждение субмикронных и наноразмерных частиц в модельных фильт
рах с осадком на волокнах 200
6.2.1. Осаждение частиц за счет эффекта зацепления 200
6.2.2. Осаждение частиц за счёт инерции и зацепления 200
6.2.3. Диффузионное осаждение субмикронных и наноразмерных частиц в фильтрах из волокон с пористыми оболочками 206
6.2.4. Гидродинамика и фильтрующие свойства ряда волокон с несимметричными пористыми оболочками 2 6.3. Интенсификация процесса фильтрации. Критерий качества модельного фильтра 214
6.4. Выводы 217
ГЛАВА 7. Кинетика забивки фильтров твердыми частицами 218
7.1. Кинетика объемной забивки фильтра 218
7.1.1. Вывод определяющих уравнений 218
7.1.2. Расчет ресурса предфильтра 221
7.1.3. Кинетика забивки инерционного предфильтра 221
7.1.3.1. Сравнение с экспериментом 227
7.1.4. Кинетика забивки предфильтра в диффузионном режиме осаждения частиц 230
7.2. Кинетика забивки финишного фильтра 232
7.2.1. Кинетика роста поверхностного слоя осадка частиц на фильтре 234
7.2.2. Гидродинамика модельного слоя осадка частиц на фильтре 238
7.2.3. Осаждение наночастиц в слое осадка 243
7.3. Выводы 247
ГЛАВА 8. Оптимизация параметров фильтрующих материа лов для фильтров в многоступенчатых системах очистки с учетом их забивки твердыми частицами 248
8.1. Постановка задачи 248
8.2. Примеры расчета оптимальных параметров предфильтра в двухступенчатой системе очистки (двухслойном фильтре) в диффузионном режиме осаждения частиц 254
8.3. Примеры расчета оптимальных параметров предфильтров в двух и трехступенчатой системах с учетом осаждения частиц за счет зацепления 266
8.4. Выводы 275
Основные результаты 276
Заключение 278
Литература
