У даній статті поглянути на HEPA-фільтр «з відстані витягнутої руки», розповімо про принцип його роботи і головні ефекти, завдяки яким відбувається осадження частинок на фільтрі.
База будь-якого HEPA-фільтра - хаотично розташовані волокна різної товщини, приблизно 0,5-5 мкм. Відстань між волокнами - порядку 5-50 мкм. Діаметр дрібнодисперсних частинок - в межах декількох мікрон або крім того декількох часток мікрона.
Постає питання: як фільтр з цими величезними порами затримує такі невеликі частинки?
У більшості випадків ми уявляємо фільтр у вигляді рибальського мережі або сачка: в разі якщо фільтрується об'єкт більше осередку, він застряє. Даний механізм іменується ефектом сита (straining). Він працює для частинок, діаметр яких перевищує розмір пор в фільтрі. На спрощеній моделі ефект сита виглядає так:
Волокна фільтра подаються у вигляді циліндрів, розташованих поперек повітряного потоку. Сам потік вважається безвихровим. Модель частки - куля з радіусом R. У випадку якщо 2R більше відстані між волокнами, частка застряє в фільтрі.
Чим більше частка, тим імовірніше вона застряє в волокнах. Виходячи з цього для великих частинок ефект сита трудиться краще:
На графіку немає прив'язки до конкретних розмірах, оскільки фільтри з різною різною щільністю і товщиною волокон упаковки будуть затримувати різні фракції частинок. Форма кривої буде приблизно тієї ж, але вона може «плавати» по горизонтальній шкалою. Наприклад, для фільтра неотесаний очищення класу G крива буде розташовуватися правіше, ніж для фільтра тонкого очищення класу F. У фільтрах HEPA ефект сита також відзначається.
І якби HEPA трудився лише за цим механізмом, то крива його ефективності виглядала б приблизно так само. Але на ділі вона виглядає зовсім по-іншому:
За графіком видно, що HEPA-фільтр затримує частинки будь-якого розміру. І в разі якщо дієва фільтрація великих частинок (близько 5 мкм і більше) відбувається за механізмом сита, то фільтрація дрібнодисперсних фракцій (близько 1-0,01 мкм) має іншу природу.
Як HEPA-фільтр «ловить» дрібнодисперсний пил?
Головна відмінність HEPA від фільтрів неотесаний і тонкого очищення в тому, що для фільтрації частці не обов'язково застрявати в волокнах. У разі якщо порошинка фільтрувального матеріалу, цього вже достатньо для і дієвого осадження. Це пов'язано з двома процесами: адгезію і аутогезии.
Адгезія - це співпраця пилу з осаджуючої поверхнею, в нашому випадку з волокнами HEPA. Завдяки адгезії на чистих волокнах з'являється перший шар пилу.
Аутогезия, або злипання - це співпраця пилових частинок між собою. Завдяки аутогенному співпраці частки нашаровуються один на одного, утворюючи на волокнах багатошарові конгломерати. Виглядають вони так:
Природа адгезії і аутогезии - в молекулярному співпраці частинок між собою і з волокнами (сили Ван-дер-Ваальса). Ці сили з'являються на відстані від одного до декількох сот діаметрів частинок. Для невеликих частинок тяжіння до волокна і пиловим шару так величезне, що частинки осідають в HEPA-фільтрі практично остаточно.
Цифри це підтверджують: для частинок менше 10 мкм міцність пилового шару на розрив - більше 600 Па.
Отже, через сил тяжіння частка фактично намертво прилипає до волокна HEPA-фільтра, варто лише торкнутися його поверхні. Це пояснює утримування частинок на фільтрі, але так само, як і раніше немає відповіді на питання:
Як невеликі частинки стосуються волокна HEPA-фільтра?
Як ми дізналися, ефект сита тут ні при чому - невеликі частинки вільно пролітають через пори. У фільтрах НЕРА діють інші механізми.
Кожна частка утримується в повітряному потоці, і, в разі якщо в фільтрі не народжуються сили, що відхиляють частку від лінії струму повітря в бік волокна, то осадження не буде. У слідстві частка проскочить через фільтр разом з потоком. Виходячи з цього питання «Як частинки стосуються волокна?» Можливо перефразувати: «Як частинки виходять з повітряного потоку?» І відповідь на нього буде різним, залежно від маси і розміру частки.
Самі невеликі частинки (з діаметром менше 0,1 мкм) володіють малою масою і постійно знаходяться в хаотичному броунівському русі. Їх траєкторія завжди вагається щодо лінії струму повітря. Протягом коливань частка виходить з потоку, стосується волокна і осідає. це
Більш великі частинки (з діаметром більше 0,3 мкм) важать більше, виходячи з цього їх коливання щодо лінії струму менше або відсутні за великим рахунком. Такі частинки осідають Інакше механізму. На моделі видно, що лінії повітряного потоку викривляються поблизу волокна, огинаючи перешкоду.
Великі і важкі частинки за рахунок інерції виходять з повітряного потоку, стикаються з волокном і осідають. це
Дифузійний і інерційний ефекти доповнюють один одного: один несе відповідальність за фільтрацію самих невеликих частинок, другий - більш великих:
Найскладніше посадити на волокно частки з «проміжним» розміром. Їх інерція ще не вистачає величезна, а дифузія вже працює слабо, оскільки коливання їх траєкторії щодо лінії струму вже не такі сильні. Виходячи з цього такі частинки швидше залишаються в потоці і огинають волокна разом з повітрям.
Їх називають частками з великою проникаючою властивістю, Most Penetrating Particle Size (MPPS). І для їх осадження величезне значення має останній механізм -
Ефект зачеплення працює, в той час, коли частка наблизилася до поверхні волокна на відстань власного радіуса. Для того щоб торкання досить для її осадження. Даний механізм працює не тільки для MPPS.
Він універсальний і діє для частинок будь-якого розміру. Порошинки зможуть залишатися в повітряному потоці, виконувати дифузійні коливання щодо лінії струму або вилітати з потоку завдяки інерції - в будь-якому випадку, якщо частка торкнулася волокна, вона осідає.
Ефективність цього механізму залежить від розміру частки. Чим більше частка, тим імовірніше вона торкнеться волокна. У цьому ефект зачеплення схожий на ефект сита, тому і графік практично однаковий (звичайно, з прив'язкою до другого діапазону часток):
В кінцевому підсумку в HEPA-фільтр на частку в один момент діють всі механізми, виходячи з цього неспеціалізована ефективність HEPA-фільтра дорівнює сумі вкладів кожного результату. неспеціалізована =? сита +? зачеплення +? інерції +? дифузії
У разі якщо завжди навантажувати HEPA аерозолем з великими частками, то термін роботи фільтра суттєво зменшується. Це відбувається через результат сита: великі частки скоро забивають фільтр і знижують його проникність. Щоб уникнути результату сита, перед HEPA-фільтром встановлюють один або пара префільтри нижчого класу: G і / або F. Вони захищають HEPA від передчасного засмічення.
У разі якщо префільтри стоять, то HEPA трудиться строго «за професією» - фільтрація дрібнодисперсних частинок. Так, залишаються три результату. неспеціалізована =? зачеплення +? інерції +? дифузії
У разі якщо скласти всі три графіка ефективності для кожного механізму, то візьмемо ту саму криву неспеціалізованій ефективності HEPA-фільтра, яку ми показували на початку статті:
Як бачимо в діапазоні MPPS (приблизно від 0,1 до 0,3 мкм) неспеціалізована ефективність HEPA-фільтра «падає в яму». І як раз по MPPS вимірюють неспеціалізовану ефективність. HEPA-фільтра класу H10 (за новою номенклатурою E10) трудиться з ефективністю більше 85%, а фільтра класу H11 (E11) - понад 95%. Це означає, що в HEPA-фільтрі E11 осідають 95 з 100 частинок MPPS.
Поряд з цим інші частинки осідають з можливістю практично 100%, але підсумкову ефективність прийнято показувати по MPPS, 95%.
Від чого залежить ефективність HEPA-фільтра?
Ефективність HEPA залежить не тільки від розмірів фільтровану частинок, але і від параметрів самого фільтра:
HEPA фільтри систем вентиляції - короткий огляд
цікаві записи
Популярні статті на сайті:
Мозок людини - дуже складна сукупність. Визначити в подробицях про те, що відбувається всередині, вчені намагаються багато багато років. на даний момент, з ...
Епопея з так званим «нездійсненним» двигуном EmDrive на електромагнітних хвилях триває. Зараз послідовність відомих вчених і наукових ...
На величезному ринку розробок всіляких портативних електронних пристроїв від сукупностей сигналізації і до переносних діагностичних апаратів ...
Метро - єдине місце в місті, в якому всі рівні. Кажуть, думка шпрот здалася у кмітливих прибалтів в той добу, в той час, коли вони в ...
Творці неттопа Tronsmart Ara X5 порадували нас ще одним якісним пристроєм, талановитим замінити настільний комп'ютер в повній мете в тому ...
Насправді, робота лазерного картриджа не досконала. По-перше, бункер з тонером не нескінченні і колись закінчується. Хоч можу помітити, ...