RU2427400C1 - Расчетный способ определения сопротивления пористых металлокерамических фильтрующих материалов потоку фильтруемого воздуха - Google Patents
Расчетный способ определения сопротивления пористых металлокерамических фильтрующих материалов потоку фильтруемого воздуха Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427400C1 RU2427400C1 RU2010102976/12A RU2010102976A RU2427400C1 RU 2427400 C1 RU2427400 C1 RU 2427400C1 RU 2010102976/12 A RU2010102976/12 A RU 2010102976/12A RU 2010102976 A RU2010102976 A RU 2010102976A RU 2427400 C1 RU2427400 C1 RU 2427400C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filtered air
- cermet
- resistance
- air
- filter
- Prior art date
Links
Landscapes
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области исследования фильтрующих материалов. Способ заключается в расчете значения сопротивления металлокерамических фильтрующих материалов постоянному потоку фильтруемого воздуха. Расчет ведется с помощью выражения, представляющего собой отношение удвоенного произведения толщины фильтрующего слоя, скорости потока фильтруемого воздуха, квадрата коэффициента извилистости пор металлокерамического фильтрующего материала и модифицированной криволинейностью движения аэрозольных частиц динамической вязкости к произведению пористости и квадрата среднего радиуса порового канала фильтрующего материала. Обеспечивается снижение материальных затрат и осуществление прогнозной оценки эксплуатационных средств очистки воздуха на этапе разработки и создания металлокерамического фильтрующего материала. 1 табл.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Способ относится к области исследования материалов и изделий, а именно к созданию расчетно-экспериментальных способов определения эксплуатационных свойств средств очистки воздуха фильтрующего типа. В способе проводится оценка приращения импульса движения частицы аэрозоля по криволинейной траектории порового канала металлокерамического фильтрующего материала, изготовленного с помощью методов порошковой металлургии. Изобретение может быть использовано в качестве способа определения сопротивления пористых фильтрующих материалов постоянному потоку воздуха, подаваемого на очистку.
Уровень техники
Важным параметром, отражающим эксплуатационные характеристики пористого фильтрующего материала, является сопротивление постоянному потоку фильтруемого воздуха ΔР.
Современные теоретические положения о фильтрации аэрозолей разработаны, главным образом, для волокнистых фильтрующих материалов и не могут быть в целом использованы по отношению к пористым фильтрующим материалам в силу существенных отличий в современных представлениях о движении аэрозольных частиц между волокнами фильтрующего материала и в поровых каналах металлокерамической фильтрующей среды.
Определение эксплуатационных характеристик металлокерамического фильтрующего материала в настоящее время, как правило, осуществляется на этапе формирования пористой фильтрующей среды при помощи трудоемких экспериментальных методов. Это указывает на целесообразность применения для этих целей менее затратных расчетных методов с использованием современных теоретических представлений о фильтрации аэрозолей пористой фильтрующей средой, позволяющих определять их характеристики с достаточной достоверностью.
Описание изобретения
Изобретение относится к области исследования материалов и изделий с помощью технических средств, а именно к созданию расчетно-экспериментальных способов определения эксплуатационных свойств средств очистки воздуха для объектов коллективной защиты человека по стандартному сопротивлению металлокерамического фильтрующего материала потоку воздуха, содержащего опасные примеси, с размерами аэрозольных частиц менее 1 мкм.
Задачей настоящего изобретения является значительное снижение материальных затрат и осуществление прогнозной оценки эксплуатационных свойств средств очистки воздуха на этапе разработки и создания металлокерамического фильтрующего материала, отвечающего современным требованиям к очистке воздуха от аэрозолей, содержащих опасные примеси.
Поставленная задача достигается тем, что производится оценка эксплуатационных свойств металлокерамического фильтрующего материала для заданных условий фильтрации, которые прогнозируются для различных значений скоростей движения воздуха, размеров частиц аэрозоля, в зависимости от радиуса пор, коэффициента пористости, извилистости пор фильтрующего материала и толщины фильтрующего слоя пористой фильтрующей среды.
Сопротивление постоянному потоку фильтруемого воздуха ΔР определяется переносом импульса потока воздуха на стенки пор металлокерамического фильтрующего материала. При этом фильтруемый воздух теряет импульс не только за счет вязкости, но и за счет движения по криволинейной траектории радиусом Rкр (в порах между спекшихся зерен):
где ΔР - сопротивление металлокерамического фильтрующего материала постоянному потоку фильтруемого воздуха, Па;
ΔPτ - перепад давления воздуха на металлокерамическом фильтрующем материале за счет переноса вязкого импульса, Па;
ΔРкр - перепад давления воздуха на металлокерамическом фильтрующем материале, обусловленный криволинейностью движения частиц аэрозоля, Па.
Для расчета величины перепада давления воздуха на металлокерамическом фильтрующем материале за счет переноса вязкого импульса ΔРτ применили выражение для переноса вязкого импульса очищаемого воздуха τ на стенки пор с радиусом α и в результате проведения ряда математических преобразований получили формулу:
где τ - поток вязкого импульса на единицу площади стенки порового канала в единицу времени;
S - средняя площадь внутренней поверхности пор, м2;
S⊥ - средняя площадь поперечного сечения пор, м2.
При постоянной скорости воздуха в порах металлокерамического фильтруемого материала изменение импульса за счет кривизны пор полностью компенсируется соответствующим перепадом давлений ΔРкр в поперечном сечении пор S⊥ и вычисляется из формулы:
где νср - средняя скорость движения аэрозольной частицы, м/с;
Rкр - радиус кривизны траектории движения частицы аэрозоля, вычисляемый как RЗ+a (RЗ - радиус зерна порошка, а - радиус канала поры), м;
ρг - плотность фильтруемого воздуха, кг/м3;
L - толщина фильтрующего слоя, м;
S0 - площадь фильтрующей поверхности образца металлокерамического фильтрующего материала, м2;
П - пористость, безразмерная величина, определяемая как отношение объема пор ко всему объему образца фильтрующего материала.
Тогда выражение для определения сопротивления металлокерамических фильтрующих материалов постоянному потоку воздуха принимает вид:
где β - коэффициент извилистости пор металлокерамического фильтрующего материала, безразмерная величина, которая определяется как отношение длины поры фильтрующего материала к толщине рассматриваемого образца металлокерамического фильтрующего материала;
ν0 - скорость потока фильтруемого воздуха, м/с2;
а - средний радиус порового канала металлокерамического фильтрующего материала, м;
ηm - модифицированная криволинейностью движения аэрозольных частиц динамическая вязкость, которая вычисляется по формуле:
где η - коэффициент вязкости, Па·с;
bR - коэффициент пропорциональности, безразмерная величина, который вычисляется как отношение радиуса зерна порошка к радиусу канала поры Rз/а=bR.
Таким образом, формула (4) позволяет проводить расчеты величины сопротивлений металлокерамического фильтрующего материала постоянному потоку воздуха ΔР по заданным его структурным характеристикам (средний радиус поры, пористость, коэффициент извилистости пор и толщина фильтрующего слоя), а также решать обратную задачу по расчету радиуса канала пор пористой фильтрующей среды в зависимости от заданных (требуемых) значений сопротивления постоянному потоку воздуха металлокерамического фильтрующего материала.
Для проверки достоверности разработанной математической модели на основе теоретических зависимостей, были использованы методы математической статистики и определено относительное отклонение расчетных данных от экспериментальных. Расчет относительного отклонения вычислений производился в соответствии с правилами определения относительной погрешности по формуле:
где ε - относительная погрешность вычислений, %;
δ* - вычисленное значение величины;
δ - фактическое значение величины.
В таблице 1 приведен сравнительный анализ экспериментально полученных значений сопротивления образцов металлокерамических фильтрующих материалов, полученных на производстве и вычисленных с помощью расчетного способа, а также определена относительная погрешность вычислений.
| Таблица 1 | |||
| Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных значений эксплуатационных характеристик некоторых образцов металлокерамических фильтрующих материалов | |||
| Материал | Стандартное сопротивление ΔР, Па | Относительное отклонение, % | |
| экспериментальное значение | расчетное значение | ||
| Лист никелевый пористый еК0.021.724 ТУ (Тспек=500°С) | 2548±1 | 2437 | 4,6 |
| Лист никелевый пористый еК0.021.724 ТУ (Тспек=700°C) | 1180±1 | 1139 | 4,0 |
| Продолжение таблицы | |||
| Материал | Стандартное сопротивление ΔР, Па | Относительное отклонение, % | |
| экспериментальное значение | расчетное значение | ||
| Селективный слой из порошка марки АЭ-1 еК0.021.709 ТУ (Тспек=500°С) | 606±1 | 612 | 1,1 |
| Селективный слой из порошка марки АЭ-1 еК0.021.709 ТУ (Тспек=700°С) | 240±1 | 224 | 7,1 |
| Примечание: значение ΔР представлено для скорости воздушного потока 0,05 м/с и радиуса аэрозольных частиц 0,15 мкм. | |||
Результаты вычислений, представленные в таблице 1, свидетельствуют о том, что разработанный расчетный способ определения сопротивления пористых металлокерамических фильтрующих материалов потоку фильтруемого воздуха с относительным отклонением не более 10% (в соответствии с рекомендациями для математических вычислений) дает возможность на этапах проектирования и задания тактико-технических требований рассчитывать характеристики металлокерамических фильтрующих материалов, которые позволят обеспечить заданные защитные и эксплуатационные свойства противоаэрозольных фильтров для очистки воздуха от аэрозолей вредных примесей.
Claims (1)
- Способ определения эксплуатационных свойств средств очистки воздуха от аэрозолей, содержащих опасные примеси, путем расчета значения сопротивления металлокерамических фильтрующих материалов постоянному потоку фильтруемого воздуха производится с помощью выражения, представляющего собой отношение удвоенного произведения толщины фильтрующего слоя, скорости потока фильтруемого воздуха, квадрата коэффициента извилистости пор металлокерамического фильтрующего материала и модифицированной криволинейностью движения аэрозольных частиц динамической вязкости к произведению пористости и квадрата среднего радиуса порового канала фильтрующего материала
где ΔР - сопротивление металлокерамического фильтрующего материала постоянному потоку фильтруемого воздуха, Па;
L - толщина фильтрующего слоя, м;
v0 - скорость потока фильтруемого воздуха, м/с2;
β - коэффициент извилистости пор металлокерамического фильтрующего материала, безразмерная величина;
ηm - модифицированная криволинейностью движения аэрозольных частиц динамическая вязкость, Па·с;
П - пористость, безразмерная величина;
а - средний радиус перового канала металлокерамического фильтрующего материала, м.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010102976/12A RU2427400C1 (ru) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Расчетный способ определения сопротивления пористых металлокерамических фильтрующих материалов потоку фильтруемого воздуха |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010102976/12A RU2427400C1 (ru) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Расчетный способ определения сопротивления пористых металлокерамических фильтрующих материалов потоку фильтруемого воздуха |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2427400C1 true RU2427400C1 (ru) | 2011-08-27 |
Family
ID=44756658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010102976/12A RU2427400C1 (ru) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Расчетный способ определения сопротивления пористых металлокерамических фильтрующих материалов потоку фильтруемого воздуха |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2427400C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114562866A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-05-31 | 苏州市中辰昊科技有限公司 | 一种太阳电池烘干炉 |
-
2010
- 2010-01-29 RU RU2010102976/12A patent/RU2427400C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАМИНСКИЙ С.Л. и др. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. - М.: Машиностроение, 1982, с.35. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114562866A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-05-31 | 苏州市中辰昊科技有限公司 | 一种太阳电池烘干炉 |
| CN114562866B (zh) * | 2022-02-17 | 2023-03-24 | 苏州市中辰昊科技有限公司 | 一种太阳电池烘干炉 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Joubert et al. | Modelling the pressure drop across HEPA filters during cake filtration in the presence of humidity | |
| Jo et al. | Characterization of ceramic composite membrane filters for hot gas cleaning | |
| EP2594329B1 (en) | Ceramic filter | |
| CN110741139B (zh) | 废气净化过滤器 | |
| Dincau et al. | Clog mitigation in a microfluidic array via pulsatile flows | |
| WO2009115753A3 (fr) | Structure de filtration d'un gaz a epaisseur de paroi variable | |
| RU2427400C1 (ru) | Расчетный способ определения сопротивления пористых металлокерамических фильтрующих материалов потоку фильтруемого воздуха | |
| Heuzeroth et al. | Wetting and its influence on the filtration ability of ceramic foam filters | |
| de Mello Innocentini et al. | High-efficiency aerosol filters based on silicon carbide foams coated with ceramic nanowires | |
| Li et al. | Effect of uniformity of the residual dust cake caused by patchy cleaning on the filtration process | |
| Ando et al. | Direct simulation model of concentrated particulate flow in pressure-driven dead-end microfiltration | |
| Liu et al. | Effect of high pressure on the performance of coalescing filter cartridges for the natural gas purification | |
| RU2423159C1 (ru) | Расчетный способ определения коэффициента проскока пористых металлокерамических фильтрующих материалов | |
| Lee et al. | Performance evaluation of commonly used impaction substrates under various loading conditions | |
| US10870607B2 (en) | Inorganic membrane filtration articles and methods thereof | |
| RU2437705C1 (ru) | Способ определения фильтрующих свойств пористых сред, получаемых методом порошковой металлургии | |
| Vinogradov et al. | Calculating the size and operating parameters of a slotted filter | |
| JP7191861B2 (ja) | 一体式メンブレンろ過構造体 | |
| Khusainov et al. | Analysis of pre-filter models using numerical simulation | |
| Acosta G et al. | A mathematical model of aluminum depth filtration with ceramic foam filters: Part II. Application to long-term filtration | |
| KLEINSTREUERT et al. | Analysis of multiple particle trajectories and deposition layer growth in porous conduits | |
| WO2022208678A1 (ja) | フィルタ | |
| Kampa et al. | A model for steady-state oil transport and saturation in a mist filter | |
| de Barros et al. | Characterization and efficiency evaluation of regenerated filter media | |
| Rocha et al. | The effect of the dust cake resistance on fluid flow passing through the filter media |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130130 |