Dlaczego wydajność filtra zmniejsza się wraz z grubością?

8

Rozumiem, że najważniejszymi parametrami dla filtra są zasadniczo spadek ciśnienia i grubość, które wpływają na wydajność. Dlaczego jednak grubość powoduje zmianę wydajności?

Szczególnie interesuje mnie zastosowanie nanowłókien jako filtrów i dlaczego zmniejszona średnica zwiększa wydajność.

mechanical-engineering fluid-mechanics fluid-filtration Użytkownik2341
źródło
Kiedy mówisz, że grubość jest parametrem, czy mówisz o grubości włókna lub całkowitej grubości filtra? Jestem zdezorientowany, ponieważ na końcu pytania mówisz o średnicy włókna. Czy zamiast tego mówisz o rozmiarze otwarcia?
hazzey
Grubość filtra całkowitego, chociaż interesuje mnie również średnica włókna
User2341,
1
Grubszy filtr zmniejsza prędkość przepływu . Prawie na pewno poprawi wydajność , czyli czystość filtrowanej substancji.
SF.

Odpowiedzi:

7

Więcej rzeczy na drodze przepływu powoduje większe przeciwciśnienie.

Pomyśl o grubszym filtrze jako o dwóch filtrach w szeregu. Na przykład, jeśli filtr rozwija na nim 0,1 PSI, gdy przepływa przez niego przepływ powietrza 100 CFM, wówczas dwa filtry w tym samym strumieniu powietrza 100 CFM muszą zrzucić razem 0,2 PSI.

W zależności od tego, jakie dokładnie są twoje kryteria wydajności, więcej filtrów w szeregu może zmniejszyć wydajność. Jeśli pierwszy filtr blokuje wszystkie cząstki, na których Ci zależy, dodatkowe filtry powodują tylko większe przeciwciśnienie bez lepszego filtrowania. Rozważmy na przykład dwa ekrany okna w tym samym oknie. Zewnętrzny już blokuje wszystkie komary, więc wewnętrzny nie poprawia ogólnej wydajności ekranu. Utrudnia to jednak przeglądanie całego ekranu. Jeśli weźmiesz pod uwagę wydajność jako zablokowane komary na zablokowane światło, wówczas dwa ekrany są wyraźnie mniej wydajne niż jeden ekran.

Olin Lathrop
źródło
Wygląda na to, że skuteczność filtra wynika z odstępów między drutem na ekranie przy użyciu metafory. Jeśli to prawda, dlaczego właściwości drutów na ekranie naprawdę mają znaczenie?
User2341,
2

Filtry można oceniać za pomocą kilku różnych parametrów. „wydajność” jest szerokim pojęciem, które nie pozwala na lepsze zrozumienie w tym zastosowaniu. Oto kilka lepszych wskaźników do rozważenia:

  1. Maksymalny przepływ (taki sam jak spadek ciśnienia lub wydajność przy uwzględnieniu straty mocy na skutek spadku ciśnienia. Proporcjonalnie wzrasta wraz z powierzchnią filtra).
  2. Maksymalne ciśnienie (przed zerwaniem)
  3. Materiał (odporność chemiczna)
  4. Przechowywanie (ile zanieczyszczeń może zatrzymać filtr; jak szybko wzrasta spadek ciśnienia)
  5. Maksymalna średnica cząstek, które mogą przepływać. (np. 1 mikron, 10 mikronów, 400 oczek )
  6. Inne zastosowane technologie / zasady (wir, zwilżanie olejem, pomoc w filtrowaniu ziemi okrzemkowej, samoczyszczenie, osadzanie grawitacyjne, szorowanie itp.)

We wkładzie filtra z uzwojonym bawełną (lub innym włóknem) istnieje dodatkowa grubość ponad to, co jest konieczne do zarchiwizowania maksymalnej wielkości cząstek 1 mikrona. Ten dodatkowy nośnik zwiększa pojemność filtra; dając mu otwartą powierzchnię, nawet gdy filtr jest zanieczyszczony. Gdyby na zewnętrznej powierzchni znajdowała się pojedyncza 1-mikronowa membrana, szybko zatykałaby się nawet przy najmniejszym zanieczyszczeniu. Tak więc, chociaż grubszy filtr może początkowo mieć większy spadek ciśnienia dla danego przepływu i pola powierzchni, będzie trwał znacznie dłużej niż cienki filtr, który szybko się zatka i będzie miał jeszcze większy spadek ciśnienia.

Nanowłókna są atrakcyjne do filtrowania, ponieważ stosunek objętości pustej przestrzeni do włókien jest znacznie większy dla pożądanej wielkości cząstek. Większa ilość pustej przestrzeni zmniejsza zarówno opór przepływu (spadek ciśnienia), jak i zwiększa pojemność filtra. Wizualizacja w skrajnościach może być łatwiejsza; możesz zrobić filtr 400 mikronów z prętami o średnicy 1 cala umieszczonymi obok siebie, ale maksymalne natężenie przepływu i przechowywanie byłyby bardzo niskie w porównaniu z tą samą powierzchnią tkaniny bawełnianej złożonej z małych włókien.

ericnutsch
źródło