توصيفگر ها :
فيلتر پليسهاي , عمق پليسه , تعداد پليسه , نفوذپذيري , ديناميك سيالات محاسباتي
چكيده فارسي :
از اوايل قرن بيستم، فيلترهاي اليافي ساده بهعنوان يكي از اجزاي اصلي سامانههاي تهويه و كنترل آلودگي هوا مورد استفاده قرار گرفتهاند. با پيشرفت فناوري و افزايش نياز به بازده بالاتر فيلتراسيون، طراحيهاي پيشرفتهتري توسعه يافتهاند كه در اين ميان، فيلترهاي پليسهاي به دليل نسبت سطح به حجم بالا، افت فشار كمتر و طول عمر بيشتر، جايگاه ويژهاي در كاربردهايي نظير تهويه مطبوع، صنعت خودروسازي و تجهيزات پزشكي پيدا كردهاند. در اين پژوهش، عملكرد فيلترهاي پليسهاي از جنس پليپروپيلن بهصورت عددي و با استفاده از روش ديناميك سيالات محاسباتي مورد بررسي قرار گرفته است. هدف اصلي، تحليل رفتار جريان هوا درون فيلتر و پيشبيني ميدان سرعت و افت فشار تحت تأثير پارامترهاي هندسي شامل عمق پليسه، تعداد پليسه و نفوذپذيري محيط متخلخل بوده است. براي اين منظور، سه سطح نفوذپذيري 13-10 × 7 ، 12-10 × 8 و 11-10 × 9 مترمربع، سه مقدار عمق پليسه (20، 25 و 30 ميليمتر) و سه مقدار تعداد پليسه (100، 180 و 260 پليسه در متر) با توجه به مقالات و دادههاي مورد استفاده در فيلترهاي متداول انتخاب شدند و مورد بررسي قرار گرفتند. در ابتدا با توجه به مطالعهاي كه فنگ و همكاران در اين زمينه انجام دادند، شبيه سازي به منظور اعتبار سنجي مدل عددي انجام شد، كه نتايج بدست آمده تطابق مناسبي با پژوهش انجام شده داشتند و صحت مدل سازي عددي تاييد شد. پس از انجام اين مرحله، اثر تغيير پارامترهاي هندسي و نفوذپذيري بر عملكرد فيلتر مورد تحليل قرار گرفت. نتايج نشان داد كه توزيع سرعت در راستاي عرضي، عمدتاً داراي الگوي سهموي و متقارن بوده، بهطوري كه بيشينه سرعت در مركز پليسهها حدود 0/20 متر بر ثانيه و كمينه آن در نزديكي ديوارهها مشاهده ميشود. در راستاي طولي نيز روند افزايشي سرعت از حدود 0/03 – 0/05 تا 0/33 – 0/35 متر بر ثانيه به ثبت رسيد كه بيانگر شتابگيري جريان تحت اثر گراديان فشار و عبور از محيط متخلخل است. همچنين نتايج نشان داد كه با تغيير پارامترهاي هندسي مانند تعداد پليسه و عمق پليسه و تغيير در ميزان نفوذپذيري محيط متخلخل، مقاومت هيدروديناميكي تغيير كرده و موجب تغيير در افت فشار ميشود و همچنين در مواردي محدود شدن مسير جريان، منجر به افزايش افت فشار ميشود. در نهايت ميتوان نتيجه گرفت كه انتخاب بهينه پارامترهاي هندسي در كنار نفوذپذيري مناسب، نقش مؤثري در بهبود عملكرد فيلتراسيون و كاهش مصرف انرژي در سامانههاي تهويه ايفا ميكند.
چكيده انگليسي :
Since the early twentieth century, simple fibrous filters have been used as one of the main components inventilation and air pollution control systems. With the advancement of technology and the growing demand for higher filtration efficiency, more advanced filter designs have been developed. Among these, pleated filters have gained particular importance in applications such as HVAC systems, the automotive industry, and medical equipment due to their high surface-area-to-volume ratio, lower pressure drop, and longer service life. In this study, the performance of pleated polypropylene filters was numerically investigated using the computational fluid dynamics (CFD) method. The main objective was to analyze the airflow behavior inside the filter and to predict the velocity field and pressure drop under the influence of geometric parameters, including pleat depth, pleat number, and the permeability of the porous medium. For this purpose, three permeability levels of 7×10^(-13), 8×10^(-12), and 9×10^(-11) " " "m" ^2, three pleat depths (20, 25, and 30 mm), and three pleat numbers (100, 180, and 260 pleats per meter) were selected based on published studies and data commonly used in practical filter designs and were subsequently analyzed. Initially, based on a study conducted by Feng et al., a numerical simulation was performed to validate the developed model. The obtained results showed good agreement with the reported data, confirming the accuracy of the numerical modeling. After this validation step, the effects of variations in geometric parameters and permeability on filter performance were further investigated. The results indicated that the velocity distribution in the transverse direction generally followed a parabolic and symmetric profile, with a maximum velocity of approximately 0.20 m/s at the center of the pleats and minimum values near the walls. In the streamwise direction, an increasing velocity trend from approximately 0.03–0.05 to 0.33–0.35 m/s was observed, which reflects flow acceleration under the influence of the applied pressure gradient and the gradual passage of air through the porous medium. Moreover, the results demonstrated that changes in geometric parameters such as pleat number and pleat depth, as well as variations in porous medium permeability, alter the hydrodynamic resistance and consequently affect the pressure drop. In certain cases, flow path restriction led to an increase in pressure drop. Finally, it can be concluded that the optimal selection of geometric parameters in conjunction with an appropriate permeability plays a crucial role in improving filtration performance and reducing energy consumption in ventilation systems.