Aerosol particle filtration in the fibrous filters at the presence of external electric field. I. Theoretical model

Albert Podgórski , Henryk J. Luckner , Leon Gradoń , Zbigniew Wertejuk

Abstract

The paper presents theoretical analysis of aerosol particles filtration in a dielectric fibrous filter placed in a external electric film. The real complex geometrical structure of the filter is approximated by a staggered model consisting of sequence of several elementary layers. Each layer is then considered as parallel connection of unit cells with the cylindrical collector in the centre. Relative arrangement of the subsequent layers is such that collectors form a hexagonal array, that is the distance from a chosen fibre to each of six closet neighbours in the same. The gas flow pattern in the porous space of the filter was described using an approximate analytical solution of the Stokes problem of transverse flow past the row of equal, parallel circular cylinders (corresponding to the elementary filtrating layer of our geometrical model). Such a method accounts to same extent for the effect of neighbouring fibres on the flow field and pressure drop but it is limited to the viscous regime (fluid inertia negligible) which is typically obeyed for air filtration in fibrous filters. Unit cell deposition efficiency for deterministic mechanism (i.e., inertial impaction, sedimentation, electrostatic attraction) was calculated by integration of particles equation of motion and then by iterative searching for the limiting trajectories. For the stochastic mechanism of Brownian diffusion a semi-empirical dimensionless correlation was used to compute a single cell deposition efficiency. The combined efficiency of elementary layer due to both - deterministic and stochastic - kinds of mechanisms was calculated assuming that they operate independently. Additionally, the deposition efficiency was corrected by the particle adhesion probability term being dependent on the particle kinetic energy at the moment of collision with a collector. Finally, the total filter efficiency of the multilayer structure was determined numerically as a function of various process parameters.
Author Albert Podgórski KIPZ
Albert Podgórski,,
- Chair of Integrated Process Engineering
, Henryk J. Luckner
Henryk J. Luckner,,
-
, Leon Gradoń KIPZ
Leon Gradoń,,
- Chair of Integrated Process Engineering
, Zbigniew Wertejuk
Zbigniew Wertejuk,,
-
Other language title versionsFiltracja cząstek aerozolowych w filtrach włókninowych w obecności zewnętrznego pola elektrycznego. I. Model teoretyczny
Journal seriesChemical and Process Engineering , ISSN 0208-6425
Issue year1998
Vol19
No4
Pages865-889
Publication size in sheets1.2
Abstract in PolishPrzedstawiono analizę teoretyczną filtracji aerozoli w dielektrycznym filtrze włókninowym umieszczonym w zewnętrznym polu elektrycznym. Złożona struktura geometryczna filtru została aproksymowana modelem przestawnym, składającym się z sekwencji elementarnych warstw. Każda z warstw stanowi równoległe połączenie komórek elementarnych z cylindrycznym kolektorem w środku. Względne rozmieszczenie sąsiednich warstw jest takie, że włókna tworzą siatkę heksagonalną, tzn. że odległości od wybranego włókna do każdego z sześciu najbliższych mu kolektorów są takie same. Pole przepływu gazu w porowatej strukturze filtru opisano opierając się na przybliżonym rozwiązaniu analitycznym zagadnienia Stokesa przepływu przez rząd równoległych, cylindrycznych włókien (co odpowiada elementarnej warstwie modelu geometrycznego filtru). Metoda ta uwzględnia w pewnym stopniu wpływ sąsiednich kolektorów na pole przepływu i spadek ciśnienia, choć jej zastosowanie ogranicza się do zakresu przepływu pełzającego (pomijalna jest bezwładność płynu). Takie warunki są zwykle spełnione podczas filtracji powietrza w filtrach włókninowych. Sprawność depozycji w komórce elementarnej dla mechanizmów deterministycznych (tj.zderzenia bezwładnościowego, sedymentacji i przyciągania elektrostatycznego) została wyznaczona poprzez całkowanie równań ruchu cząstki i iteracyjne poszukiwanie trajektorii granicznych. Dla stochastycznego mechanizmu dyfuzji brownowskiej wykorzystano półempiryczną korelację do wyznaczenia sprawności komórki elementarnej. Łączną sprawność dla elementarnej warstwy obejmującą deterministyczne i stochastyczne mechanizmy depozycji, obliczono przy założeniu, że mechanizmy te działają niezależnie. Ponadto sprawność depozycji była korygowana o czynnik prawdopodobieństwa adhezji, zależny od energii kinetycznej cząstki w momencie zderzenia z włóknem. Ostatecznie całkowitą sprawność filtracji w filtrze złożonym z wielu elementarnych warstw obliczano numerycznie dla różnych wartości parametrów procesowych.
Languageen angielski
Score (nominal)15
Publication indicators WoS Impact Factor: 2006 = 0.098 (2) - 2007=0.108 (5)
Citation count*3 (2014-12-12)
Cite
Share Share



* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back