過濾器的效率按GB 6165-85規定,進行了鈉焰（yàn）法測試.測試效率時的風量與測試阻力時的風量（liàng）相同,結果表明,過濾器的效率（lǜ）均不低於99. 99%
1、引言(Introduction)
“91成人抖音”牌高效空氣過濾（lǜ）器(High-Efficiency ParticulateAirFilter, HEPA Filter)能夠在極高收集（jí）效率（lǜ）(≥99.97% )下去除低濃度的亞微（wēi）米粒（lì）子,美國原子（zǐ）能委員會於20世紀40年代就將其用於實驗型反應堆中去除放射性塵埃(Anglenetal., 2003),現在已成為世界各（gè）國核工業中普遍采用（yòng）的防止放射性氣溶膠汙染大（dà）氣的一種重要的環保設備.降低高效空氣過濾器的阻力,可以明顯降低通風（fēng）係統的建造和運行成本.研究阻（zǔ）力與其他結構參數之間的關係、降低過濾器阻力是過濾理（lǐ）論及實驗研究的核心任務之一(付海明等, 2003).
過濾理論及實驗研究始於20世紀初. 1922年,Freundlich提出在0. 1~0. 2μm半徑範圍內的氣溶膠顆粒物存在最（zuì）大滲透率(Spurny, 1997).此後,國內外許多學者對空氣過濾理論進行了大量的研究（jiū）,給出了過濾器阻力的計算公式,但計算結果與實（shí）測數據存在較大的偏差（chà）(林忠平（píng）, 1998;許（xǔ）鍾麟,1998).Thomas(2001)等對非穩（wěn）態（tài）條件下的過濾器阻力進行了實驗和模（mó）擬研究.到目（mù）前為止,現有的理論無法直接用（yòng）於指導過濾器的（de）生產實踐.本文通過實驗改進高效空氣過濾器的結（jié）構（gòu）形式（shì）,找出阻力最低時高（gāo）效空氣過濾器（qì）的結構參數,探討高效（xiào）過濾器的結構與（yǔ）阻力之間的關係,對（duì）於開發高性能的空氣過濾器、探（tàn）討過（guò）濾理論具有重要的意義.
2、理論（lùn）分析(Theoretical analysis)
高效空氣過濾器的阻力分為過濾材料阻力和（hé）結構阻力兩部分.
2. 1 過濾材料（liào）阻力
目前,人們習慣用達西定律來研究過濾材料的阻力.過濾理（lǐ）論認為,在低流速、小雷諾數的情況下,多孔介質兩端的壓差服從達西(Darcy)定律（lǜ）:
2. 2、“91成人抖音”牌過濾器結構阻力
在過（guò）濾（lǜ）器結構阻力（lì）方麵,相（xiàng）關的理論（lùn）研究（jiū）較少.結構（gòu）阻力分為（wéi）兩部分,一部分是空氣流進、流出（chū）過濾器時（shí）,由於通風麵積發生突變（biàn）(進風時突縮、出風時突擴)而產生的能量（liàng）損失;一部分是空氣在過（guò）濾器內（nèi）流動時受（shòu）到過濾材料、分隔物阻擋、摩擦（cā）而產生的能量（liàng）損失.通過研究空氣在（zài）過濾器氣（qì）流通道內的流（liú）動情況,可以計算結構阻力.
2. 3 通過實驗來確定合（hé）理的高效空氣過濾器的結構參數（shù）
在（zài）過濾器的過（guò）濾材料、外形尺（chǐ）寸、通風（fēng）量一定時,增加過濾器的濾料麵積可以降低（dī）空氣穿過過濾材（cái）料的速度.根據公式(1),會降低濾料阻力（lì）.同時,增加濾料麵積時所（suǒ）采取的措施(如（rú）減小濾紙褶（zhě）的間距、增大濾紙褶的深度),常（cháng）常會（huì）導致（zhì）結（jié）構阻力的升高.綜（zōng）合作用的結果就是存在最佳的結構參數,使過濾（lǜ）器的總阻力最低.現有（yǒu）的理（lǐ）論（lùn）無法得出準確的（de）結構（gòu）參數,使高效空氣過濾器的阻力降至最低,因此,通過實驗（yàn）研究.優化阻力最低時高（gāo）效空氣過濾器的結（jié）構（gòu）參數,可以指導過濾器的生產和開發.本文（wén）從過濾材料的褶（zhě）間距、褶深度、褶形狀三（sān）個方麵來研究過濾器的結（jié）構與阻（zǔ）力的關（guān）係.
3、材料與方法(Materials andmethods)
實驗過濾器（qì）選用平板密褶型高效空氣過濾器和有隔板的高效空氣過濾（lǜ）器,過濾材料選用進口的和國產的高（gāo）效空氣過濾（lǜ）玻纖濾紙(本文中分別（bié）用濾紙A和濾紙B表示).
4、結果(Results)
4. 1 過濾材（cái）料的阻力特（tè）性
目前,高效空氣過濾材料有玻纖濾紙（zhǐ）、駐極體聚丙烯、PTFE等(範存養等, 2001),其中玻纖濾紙性能穩定、價格合理,是主（zhǔ）流的（de）高效空氣過濾材料,而（ér）其他過濾材料或價格昂貴或性（xìng）能不穩定,尚未得到（dào）廣泛應用.圖1為本實驗中（zhōng）選用的兩種過濾材料的阻力性能測試（shì）結果.可以看（kàn）出,進口濾紙A的阻力明顯低（dī）於國（guó）產濾紙（zhǐ）B.
4. 2 褶間距對阻力的影響
在高效空氣過濾器外形尺寸一定的情況下,減小濾（lǜ）料的褶間距,可以增加過濾器的濾料麵積,減小濾速,降低氣流穿透濾料的（de）阻（zǔ）力.但隨著褶間（jiān）距的減小（xiǎo）,氣流通道（dào）也將變小,會增（zēng）大氣流在氣道內流動的能（néng）量損失(阻力).所以,存在一合適的褶間距,使（shǐ）過（guò）濾器的總阻力（lì）降至最低（dī）.為此,本文對不同濾料、不同褶間距的3種尺寸的平板密（mì）褶型高效（xiào）空氣過濾器（qì）,在1000 m³.h-1風量下的阻力進（jìn）行了測試,
在本實驗範圍內,兩種濾料（liào）、3種常（cháng）見規格平板密（mì）褶型高效（xiào）空氣過濾（lǜ）器存在不（bú）同的最（zuì）佳褶間距.而且兩（liǎng）種（zhǒng）濾料有著相同的規律,隨著褶深的增大,最佳褶間距（jù）也相應增大.阻力最低的結構參數見表2.
與文獻報道的（de）結構參數不同(徐小浩, 2005).這也說明,同樣結構形式的過濾器,采用（yòng）不同的過濾（lǜ）材料（liào）對應（yīng）有不同的最佳結構參數.有隔板的高效（xiào）空氣過濾器是另一類常（cháng）見的過濾（lǜ）器.表3是用濾料（liào）B製作的（de）兩種尺寸的過濾器阻力實測結果.從表3的數據來看,深度為（wéi）150 mm的有隔板HEPA過濾器,在褶間距為4. 8 mm(分（fèn）隔板波紋高2. 4 mm)時阻力最低;深度為292 mm的（de）有隔板HEPA過濾器,最佳褶間距為5. 4 mm(分隔板波紋高2. 7 mm).
可以看到（dào）,不管是密褶型還是有隔板的高效空氣過（guò）濾器,當濾料褶深度確定時,存（cún）在最佳的（de）濾（lǜ）料褶間距.隨著（zhe）濾料褶深度的增加,其最佳（jiā）褶間距也相（xiàng）應增大.不（bú）同（tóng）的（de）濾料有不同的最佳的結構形式.
4. 3、褶深（shēn）度對阻力（lì）的影（yǐng）響
在（zài）對過濾器的深度尺寸沒有嚴格要求的情況下,增加濾（lǜ）料褶的深度也可以有效增（zēng）加濾料麵積（jī）,降低氣流穿透濾料的阻力.濾料褶深（shēn）度的增加,同樣會導致氣流通道內摩擦阻力的增大（dà）,因此,也（yě）存在一個最合理的使（shǐ）過濾器阻力最低的濾料褶深度.
是一組平（píng）板密褶型高效空氣過濾（lǜ）器的（de）阻力曲線.高效空氣過濾器的端麵尺寸是610 mm×610mm,褶間距（jù）為3. 3 mm,采用進口濾料（liào）A,深度分別是50 mm、60 mm、69 mm、80 mm和90 mm,在850m³.h-1、1000 m³.h-1風量下測定了過濾器的阻（zǔ）力.從圖2中可以清楚地看出,對於固定的褶間（jiān）距,存在（zài）最佳的使（shǐ）過（guò）濾器的阻力最低的濾（lǜ）料褶深度.
組用國產濾料B製作的有隔板的高效空氣過濾器的阻力曲線.在常用的有隔板HEPA過濾器的深度（dù）範圍內(120~320mm),增加過濾器深度可有效降低過濾器阻力.過濾器深度較小(120 mm)時,這種（zhǒng）影響更大;當過濾器深度較大（dà）(292 mm)時,增（zēng）加深度導（dǎo）致的阻力降低不明顯.
可見,對於固定的濾料褶間距,對應有最佳的使過濾器阻力最低的濾料褶深度.為了降低過濾器阻力,可以增加濾料褶深度（dù）,但同時必須（xū）考慮調整濾料的褶間距.
4. 4、褶形狀對阻力的影響
通常,波紋（wén）分隔板一邊抵住濾料褶（zhě）的（de）底部,一邊露出濾料（liào）褶5mm,其寬度比濾料褶的（de）深（shēn）度大5~8mm,形成（chéng）矩形剖麵的氣流通道.減小（xiǎo）波紋分（fèn）隔板的寬度,通過特定的製造工藝,可以使濾料褶的底部（bù）形成大小（xiǎo）不一的（de）V字形狀.兩種（zhǒng）氣流通道如圖4所示.
本實驗采用的有隔（gé）板的高（gāo）效空氣（qì）過（guò）濾器（qì）外形尺寸為: 610mm×610mm×292mm,分隔板波紋高度3. 8mm,測（cè）得其在1700m³.h-1風量下的阻力如圖5所示.
顯然,當濾料褶數和褶深度相（xiàng）同時,采用V字（zì）形剖（pōu）麵氣流通道的過濾器（qì）,與（yǔ）采用矩形剖麵氣流通道的過濾器相比（bǐ）,濾料麵積要略小（xiǎo）(矩形氣流通（tōng）道,即d=0時,過濾器的濾料麵積為23. 9 m²;d=30mm時V字形剖麵氣流通道的過濾器,濾料麵（miàn）積為（wéi）23.6 m². ).但根據阻力的實測（cè）情（qíng）況來看,過濾器的阻力反而更低.即（jí）V字（zì）形剖（pōu）麵的氣流通道可以用更小（xiǎo）的濾料麵積獲得更低的（de）過濾器阻力.當d=15 mm時,濾料麵積為23. 608 m²;當d=40mm時,濾料麵積為23. 602 m²,可（kě）以認（rèn）為,兩者的過濾麵（miàn）積基本相同,所以過濾器的（de）濾料阻力也基本相同,這時（shí）過濾器的阻力差(12Pa)基本上就是結構阻力（lì）的差值,可見,V字形剖麵的氣流通道是一（yī）種阻力更低的氣流通道形式.斜波紋板有隔板的高效空氣過濾器,不僅是增加了（le）過濾麵積,實際上也是采用了一種（zhǒng）更優的氣流通道形式.
5、討論(Discussion)
5. 1 阻力的理論（lùn）計算值與實際測量值的比較公（gōng）式(3)是許鍾麟(1998)給出的（de）高效過濾器阻（zǔ）力計算公式（shì）.
根（gēn）據公式作者對實驗中的36台有（yǒu）隔板的HEPA過濾器（qì）的阻力（lì）進行了計算,計算結果和實測結果如表4所（suǒ）示.計算值和實測值的偏差主（zhǔ）要是濾料的不均勻性、工藝（yì）的不穩定性以（yǐ）及（jí）某些參數選取的不確定性引起（qǐ）的.
5. 2、對過濾器（qì）的效率的影響
過濾器（qì）的效率按GB 6165-85規定,進行（háng）了鈉焰法（fǎ）測試.測試效率時的風量與測試阻力時的風量相同,結果表明,過濾器的效率均不低於99. 99%.但不同結構參數的HEPA過濾器,其過濾效率不（bú）存在明顯的規律.結構最優、阻力最低的過濾器,效率（lǜ）不（bú）一定最高.這說明,合理的結（jié）構優化能在保證效率的前提下明顯降低HEPA過濾器的阻力.
6、結論(Conclusions)
1)存在最佳（jiā）的結構參數使HEPA過濾器（qì）的（de）阻力最低,但（dàn）理論計算值與實際情況尚（shàng）有差距.
2)不同的過濾材料對應（yīng）有不同（tóng）的過濾器最佳結構（gòu）參數.進口濾料的褶深為33、52 mm和73 mm時,對應阻力最低的褶間距分別為2. 7、3. 4 mm和4. 0 mm;國產濾料的褶深為33、52、73、105 mm和245 mm時,對（duì）應阻力最低的褶間距分別為2. 5、3.1、3. 7、4. 8 mm和5. 4 mm.
3) V字形氣流通道是一種阻力更低的氣流通道形式.合理（lǐ）的結構優化能在保證效率的前提下,明顯降低高效空氣過濾器的阻力.
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