理论教育 液体过滤过程的理论基础

液体过滤过程的理论基础

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:污染物沉积在过滤材料表面和孔隙内,引起过滤材料的渗透性发生变化,也会影响液体过滤过程的效率。实际上,过滤技术用液时大多数是采用气体压送法或用容积泵将液体送往过滤器,这时液体过滤是在压力降不变或速度不变的条件下进行。由于过滤材料孔隙吸附了一层污染物和出现局部液体堵塞的现象,过滤材料的渗透率可能会降低。此外,液体中存在气泡也会增大过滤中的阻力。液体各种过滤形式的基本原理、有关过滤器计算可参考有关资料。

液体过滤过程的理论基础

将固态污染物微粒从液体中分离出来可以采用机械的方法,也可以采用力场。前者利用缝隙式或多孔式过滤材料来过滤液体,后者从液体中清除污染物微粒是利用离心力场、磁力场、电力场以及其他力场。因此,液体净化装置有:各种形式的过滤器或离心式、磁力式、静电式净化器。

目前,在机械系统中净化燃油、润滑油液压系统工作液时,最常应用的是过滤器。过滤器中利用滤纸、纸板、塑料陶瓷、金属网、成套的金属片或粉末冶金制成的过滤元件滤出污染物微粒。滤清精度以过滤器所能滤出的微粒的最小粒度来评定。

“渗透”和“过滤”的概念是不同的。所谓“渗透”是液体自行地(自然地)或有意地(人工地)流经多孔介质,伴随产生了将液体中的微粒分离出来的效果(如通过堰堤渗水)。“过滤”则是有意地进行的渗透,其唯一目的是离析含多种组分的液体或悬浊液。

根据达西定理,水在砂滤器中过滤时,过滤速度与压力降成正比,有

式中 qV——过滤液体的体积流量

kϕ——过滤系数;

S——过滤材料截面积;

Δp——过滤区段的压力降;

bM——过滤材料的厚度。

过滤系数的单位与速度的单位相同,对于给定的过滤材料和过滤液,它是一个常数。

过滤速度是在一定的流量下,液体在过滤材料的孔间的运动速度。过滤材料性能是指滤孔截面的总面积(Snop),它等于液流的实际截面积,也可用过滤材料本身直接占据、液体不能通过的截面积(SMaT)表示,或用过滤材料的截面积S来表示,S=Snop+SMaT

根据上述说明,过滤速度为

因此,过滤速度在一定意义上说来,是一个假想的速度。

过滤系数kϕ是当压力坡度(压力梯度)978-7-111-48792-0-Chapter04-11.jpg等于1时的过滤速度。

因此,达西定律是一个层流过滤方程,可表述为

v=kϕJH

过滤材料的性能也可用材料的渗透率kn表示。当渗透率用过滤系数表达时,公式为

式中 ν——过滤液的运动黏度。

渗透率的单位为面积的单位。

达西过滤公式是一个线性方程,也可表示为微分方程,即(www.daowen.com)

式中978-7-111-48792-0-Chapter04-14.jpg——过滤材料单位厚度上的压力降。

达西过滤公式的应用范围有一定的限制,为了说明这—点,引入雷诺数

式中 v——平均过滤速度;

ln——滤孔的典型几何参数;

ν——过滤液的运动黏度。

雷诺数较小,液流为层流,摩擦力大于惯性力时,线性过滤公式方成立。

液体通过过滤材料的过程取决于雷诺数Re和欧拉数Eu。欧拉数表示过滤速度与过滤器上压力降之间的关系,用液体的压力与液体的惯性力之比表示。

污染物沉积在过滤材料表面和孔隙内,引起过滤材料的渗透性发生变化,也会影响液体过滤过程的效率。由于污染物微粒的粒度与过滤材料孔隙大小之比不同,污染物微粒与过滤材料间的相互关系可能有以下几种:过滤时,污染物微粒完全或局部地堵塞住孔隙;过滤时,污染物微粒在孔隙入口处形成拱形结构;过滤时,污染物微粒沉积于孔隙内形成致密的(连成片的)沉积物。

不管污染物微粒与过滤材料间的相互关系如何,过滤过程可用下列微分方程之一来描述:

压力降不变时,即Δp=Vonst,有

式中 FR——过滤材料和污染物的总的流体阻力;

V——穿过过滤材料单位面积的油的体积;

k——表征液体可滤性的系数;

b——取决于污染物沉积方式的指数(0≤b≤2)。

实际上,过滤技术用液时大多数是采用气体压送法或用容积泵将液体送往过滤器,这时液体过滤是在压力降不变或速度不变的条件下进行。

在液体过滤中,污染物微粒可能同时以两种或若干种上面讲述过的方式沉积于过滤材料上。这取决于油的黏度、油中污染物的浓度以及过滤材料的性质。

由于过滤材料孔隙吸附了一层污染物和出现局部液体堵塞的现象,过滤材料的渗透率可能会降低。此外,液体中存在气泡也会增大过滤中的阻力。

液体各种过滤形式的基本原理、有关过滤器计算可参考有关资料。

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