1546 工程科学学报，第43卷，第11期 2500 率表示，与过滤时间、过滤速度和陶瓷膜孔隙率 Pore porosities 等因素相关.不同过滤速度下，沉积尘粒浓度与 2000 40% ·45% 沉积率随沉积时间变化曲线如图5所示.图中的 -50% 1500 小视窗是0.005~0.02s的细节图.可以看出，随着 doup aunssald 时间的延长，尘粒沉积浓度先快速增加后缓慢增 1000 加，最终达到稳态.流速越小，达到稳态所需时间 越长，沉积尘粒数越多.沉积率随过滤时间的变 500 化趋势与沉积尘粒浓度相反.尘粒的沉积机制与 受力相关.热泳力和布朗力对尘粒运动的影响可 2 3 Filtration velocity/(m-min) 以忽略.压力沿流动方向逐渐降低，压力梯度力 是尘粒沉积的阻力.当尘粒与陶瓷膜碰撞时，流 图3不同孔隙率下流速和压降的关系曲线 Fig.3 Pressure drop in different filtration velocities with porosities of 体对尘粒的曳力是尘粒脱附的推动力.故流速降 40%,45%,and50% 低时，尘粒在陶瓷膜孔道内沉积量越大.因此，陶 瓷膜在过滤时，气体流速不宜超过1mmin',实 Pore porosities 14 际陶瓷膜使用过程中推荐流速也在1mmin9 ■-40% ·45% 左右 13 -50% 过滤速度为1mmin时，孔隙率与沉积烟尘 浓度、沉积率的关系曲线如图6所示.孔隙率为 12 40%、45%、50%的陶瓷膜内烟尘沉积规律儿乎一 致，约在0.015s达到稳态过滤.沉积率变化趋势 与颗粒浓度变化趋势相反.过滤开始时，灰尘颗粒 10 大部分沉积在陶瓷膜颗粒表面，在陶瓷膜颗粒表 面形成比较厚的灰饼层后，进入膜孔隙的尘粒非 0 100200300400500600 Mesh cells number/10 常细小，如果进入膜孔隙的尘粒表面没有黏附性 图4不同孔隙率下网格数量和有效颗粒直径的关系曲线 物质，且不考虑静电力作用，这些尘粒难以沉积 Fig.4 Effective grain size in different mesh cell numbers with porosities 尘粒容易在孔隙率大的陶瓷膜孔道内沉积.这是 of40%,45%,and50% 因为在孔隙直径分布一定时，尘粒在一段孔道内沉 2结果和讨论 积的概率是一定的.但是，陶瓷膜孔隙率越大表明孔 隙数量越多，流道越长，因此沉积的尘粒数量越多 2.1 过滤性能 采用不同孔隙率的陶瓷膜过滤不同流速的烟 陶瓷膜的过滤性能可由尘粒沉积浓度和沉积 气时，稳态过滤下尘粒分布图，如图7所示.对比 a (b) 0.30 100 Filtrvation velocities -1 m:min-! -3mmin-l ◆2 m'min- 0.25 80 0.35 0.20 0.0 Filtrvation 60 velocities 0 0.15 ■-1m-mn- ◆2mmin 40 0 20 0.10 0.15 -3mmin 20 0 15 0.05 0 0 Timef1rs动 0 -TA 0 0 50 100150200 250 300 0 50 100150200250 300 Time/(10s) Time/(10 s) 因5不同过滤速度下尘粒沉积浓度和沉积率随时间变化曲线.(a)尘粒沉积浓度：(b)沉积率 Fig.5 Concentration of deposition dust particles and deposition rate at differrent times with filtration velocities of 1 m'min,2 mmin,and 3 mmin: (a)concentration of deposition dust particles,(b)deposition rate2500 2000 1500 1000 500 0 1 3 2 4 Filtration velocity/(m·min−1) Pore porosities 40% 45% 50% Pressure drop/Pa 图 3    不同孔隙率下流速和压降的关系曲线 Fig.3    Pressure drop in different filtration velocities with porosities of 40%, 45%, and 50% 14 13 12 11 10 0 300 100 200 600 400 500 Mesh cells number/103 Pore porosities 40% 45% 50% Effective grain size/μm 图 4    不同孔隙率下网格数量和有效颗粒直径的关系曲线 Fig.4    Effective grain size in different mesh cell numbers with porosities of 40%, 45%, and 50% 2    结果和讨论 2.1    过滤性能 陶瓷膜的过滤性能可由尘粒沉积浓度和沉积 率表示，与过滤时间、过滤速度和陶瓷膜孔隙率 等因素相关. 不同过滤速度下，沉积尘粒浓度与 沉积率随沉积时间变化曲线如图 5 所示. 图中的 小视窗是 0.005～0.02 s 的细节图. 可以看出，随着 时间的延长，尘粒沉积浓度先快速增加后缓慢增 加，最终达到稳态. 流速越小，达到稳态所需时间 越长，沉积尘粒数越多. 沉积率随过滤时间的变 化趋势与沉积尘粒浓度相反. 尘粒的沉积机制与 受力相关. 热泳力和布朗力对尘粒运动的影响可 以忽略. 压力沿流动方向逐渐降低，压力梯度力 是尘粒沉积的阻力. 当尘粒与陶瓷膜碰撞时，流 体对尘粒的曳力是尘粒脱附的推动力. 故流速降 低时，尘粒在陶瓷膜孔道内沉积量越大. 因此，陶 瓷膜在过滤时，气体流速不宜超过 1 m·min−1，实 际陶瓷膜使用过程中推荐流速也在 1 m·min−1[9] 左右. 过滤速度为 1 m·min−1 时，孔隙率与沉积烟尘 浓度、沉积率的关系曲线如图 6 所示. 孔隙率为 40%、45%、50% 的陶瓷膜内烟尘沉积规律几乎一 致，约在 0.015 s 达到稳态过滤. 沉积率变化趋势 与颗粒浓度变化趋势相反. 过滤开始时，灰尘颗粒 大部分沉积在陶瓷膜颗粒表面，在陶瓷膜颗粒表 面形成比较厚的灰饼层后，进入膜孔隙的尘粒非 常细小，如果进入膜孔隙的尘粒表面没有黏附性 物质，且不考虑静电力作用，这些尘粒难以沉积. 尘粒容易在孔隙率大的陶瓷膜孔道内沉积. 这是 因为在孔隙直径分布一定时，尘粒在一段孔道内沉 积的概率是一定的. 但是，陶瓷膜孔隙率越大表明孔 隙数量越多，流道越长，因此沉积的尘粒数量越多. 采用不同孔隙率的陶瓷膜过滤不同流速的烟 气时，稳态过滤下尘粒分布图，如图 7 所示. 对比 0.30 (a) 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0 0 150 50 100 5 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 10 15 20 200 250 300 Time/(10−3 s) Time/(10−3 s) Filtrvation velocities 1 m·min−1 2 m·min−1 3 m·min−1 Concentration of deposition dust particles/(mg·m−2 ) Concentration of deposition dust particles/(mg·m−2 ) (b) 100 80 60 40 20 0 0 150 50 100 5 0 20 40 60 80 100 10 15 20 200 250 300 Time/(10−3 s) Time/(10−3 s) Filtrvation velocities 1 m·min−1 2 m·min−1 3 m·min−1 Deposition rate/ % Deposition rate/% 图 5    不同过滤速度下尘粒沉积浓度和沉积率随时间变化曲线. （a）尘粒沉积浓度；（b）沉积率 Fig.5    Concentration of deposition dust particles and deposition rate at differrent times with filtration velocities of 1 m·min−1, 2 m·min−1, and 3 m·min−1: (a) concentration of deposition dust particles; (b) deposition rate · 1546 · 工程科学学报，第 43 卷，第 11 期