对高效滤料过滤机理进行深入研究，借鉴国外的相关标准和研究成果，研制出能检测高效和超高效过滤材料过滤性能的最易透过粒径计数效率试验台，既能为过滤材料生产厂提供一套操作简便、检测周期短、检测精度高、性能稳定可靠的高效过滤材料测试系统，又能达到节省检测系统初投资的目的，替代昂贵的进口设备。在研制试验台的过程中，通过研究国外产品和技术的特点，对试验台所用的关键仪器进行研制，并提出理论指导设计方法。首先对高效滤料过滤机理进行理论研究，分析最易透过粒径以及最低过滤效率和高效滤料各个特性之间的关系，例如滤速、被过滤颗粒粒径大小、过滤纤维直径等。同时，通过理论分析确定采用的最易透过粒径效率测量系统的特点，为合理选择相关测试仪器打下础 本课题将在国防科工委以及重庆市科委的联合资助下，和国内高效滤料生产企业合作，研制出能检测高效和超高效滤料过滤性能的粒径计数法测试试验台。重点研究试验台的合理搭建和相的测试过程控制程序。分析所用测试仪器的性能，优化测试结果和过程，并应用误差理论，对测试中可能出现的误差进行分析，研究导致误差的原因，提高测试的准确性。通过大量实际测试数据的分析，研究试验台的稳定性、适用性和实验数据的可重复性，并和其他国外先进试验台进行对比分析。最后，利用理论和实验测试相结合的方法推导计算高效滤料最易透过粒径和最大透过率的半经验公式，指导高效滤料的生产和使用。同时，对滤料上漏点对效率的影响进行分析。针对目前的国内现状，提出我国标准修改的建议。    八十年代以来，随着科技的进步，人们发现即使采用高效过滤介质，还是不能达到人们对洁净度的要求。人们研究新的测试方法，促进过滤材料开发。因此，测试方法的研究是非常重要的。最易透过粒径法是目前测试高效滤料最严格的方法，用这种方法替代其他各种传统方法是大势所趋。这种方法检测高效滤料时产生的对滤料本身的污染比传统的方法小100倍[74]某种滤料的过滤效率有时被认为是一个常量，而忽视了不同滤料试样之间性能的微小差别。文献[15]中提到了美国某著名的滤料生产厂家对其生产的同种超高效滤料进行了透过率统计测试，即使是同一滤料，其性能也会不同。所以新试验台的研制成功为滤料生产厂和过滤器制造厂提高产品质量具有重要意义。本课题的意义还在于，希望为制定与国际标准接轨的国家和行业标准提供理论支持和实验数据积累，提高国产高效过滤材料对国外产品的竞争力，为我国过滤器行业的发展做出贡献。高效空气纤维过滤设备被广泛地应用到室内颗粒污染物去除和高级别的洁净室中，随着现代科技的发展，需要开发研制具有高性能的空气过滤材料。高效滤料性能试验手段的发展是制造更好过滤材料和设备的保证。根据新的过滤理论和研究成果，国际上用最易透过粒径效率来标示高效滤料的效率，我国现行的测试标准已不能适应高效滤料行业的发展，需要引进最易透过粒径法测试高效滤料，同时需要积累实验数据和理论研究经验。    高效空气过滤器中最常见的是超细玻璃纤维过滤材料，纤维滤材料中杂乱交织的细纤维使空气中的粉尘微粒很容易撞到纤维表面上，微粒和纤维表间存在的范得瓦尔斯粘性力使粒子粘在纤维上面，形成过滤效果。本文研究的某种国产A型高效玻纤滤料的电子扫描显微镜照片如图2-1所示。    过滤材料捕集被过滤粉尘粒子的机理主要有五种:惯性碰撞、布朗扩散、拦截效应、重力效应和静电效应【‘9]。通过纤滤器过滤机理的理论计算分析，可以研究过滤效率如何随着过滤器的特性和被过滤颗粒粒径变化。过滤效率是过滤器最重要的性能指标，过滤效率又有总效率(Total efficiency)和分级率(Fractional efficiency)之分。前者是针对整个粒径范围而言的，后者是对某个粒径而言的。    对于纤维过滤器的系统研究是第二次世界大战中由Langmui:开始的[[25,84]。过滤理论由早期的经典过滤理论发展到现代过滤理论，以及微孔过滤理论【‘“]。为了计算滤器的效率，Langmui:创造了一种独立纤维分析法，这种方法原理是:使用与气流方向垂直的独立纤维周围的速度场计算微粒由于各种沉积机理的作用在纤维上的沉积率，相邻纤维的影响一一一般称为干扰效应一一用经验公式或半经验修正项来表而计算的最后阶段，则是从确定纤维上的沉积率转化为过滤器的效率[[85]。一直以来，过滤是理论和实验研究非常活跃一个研究领域。对于玻璃纤维滤料及过滤器来说，对过滤有作用的主要机理是惯性碰撞、布朗扩散、拦截效应，这三种机理的区别就在于对不同大小的粉尘粒子作用不同[[26]。但是，也有研究人员认为，理想拦截不能算成过滤机理，理想拦截只是惯性和扩散作用在极端条件下的数学结果[[7, 37]一般讲，粒径较大的粒子被捕集主要是由于惯性碰撞;中等大小的粒子则因过滤材料拦截效应而被过滤掉;粒径非常小的粒子布朗扩散比较强烈，通常因扩散到过滤材料中发生碰撞或粘附而被收集。为了把滤料过滤效率在一定程度上能够用公式定量表示出来，需要引进合适的数学模型。理论计算应用三种数学模型:一种方法是把过滤器看作是一系列平行的毛细管，毛细管尺寸可从实滤料的空气阻力计算求得;另一种方法是把气流阻力看作是由流场中存在一个某一单位长度的圆柱障碍物引起，这是单根纤维的表示法;第三种方法是把滤料看作一个微孔系统，然后把微孔看圆形来进行计算，其大小与实际过滤器内的连续过滤层中的微孔相当，还要考虑到微孔从一层到另一层的路径弯曲[[26]。第一种模型适用于滤膜过滤材料，后面两种模型处理纤维效率同真实情况比较接近，因此比较准确。在微孔理论方面，1967年Pickaa:和Clarenburg试图提出一个纤维过滤器微孔结构的数学理论[}s6-ss}。由于高效纤维过滤器填充率很低，一般都采用单一纤维研究方法。纤维形状可以各种各样，为了够统一的进行分析，一般采用圆柱体，对于由非圆形柱体组成的系统特性的研究并不多[[85]确定好了纤维的形状，下面就要确定纤维具体的分布。在许多过滤器中，的纤维轴均处于与气流方向相垂直的平面，并在这些平面内呈任意的角度。纤维基本都是这样分布的，许多不同的纤维层进行累积，而纤维的轴线几乎完全平行于表面。    单一纤维理论又分为孤立纤维理论和包壳纤维理论四」。1952年，Davies把三种过滤机理用公式表示出来，创立了孤立纤维理论[f2}1。孤立纤维理论是先忽略纤维之间的影响，认为纤维层内的纤维力学行为类似于无界流场中一根纤维的力学行为，最后考虑纤维之间的影响对效率进行修正。包壳纤维过滤理论最初的概念是Kuwahara}3o]和Happel}}o]195年提出的，其基本思想是纤维层是由许多包壳纤维组成的彼此无间隙的集合体，每根纤维是由一根纤维和与其同心并包含该纤维的一定厚度的圆筒形流体外层组成的，纤维效率是单位时间内被捕集的粉尘与上游的包壳纤维投影面积内的粉尘之比【ia}在孤立纤维法中，理论计算选用的纤维形状均为圆柱形，所以采用的这种方法称为孤立圆柱法。在低填充率的纤维过滤器效率计算中，孤立圆柱法依然是理论基础，它假设:C1)过滤器是由许多同种材料单独的圆柱形纤维构成的均一体系;C2)纤维垂直于气流分布，彼此相距足够远;3)微粒是球形的;(4)纤维表面是干净的，只考虑过滤除尘过的第一阶段;5)接触并沉积于纤维的微粒不再飞散。孤立纤维效率是单位时间内被纤维捕集的尘粒与上游某处纤维投影面全部粉尘的比值。某种过滤效应作用下，孤立圆柱可以捕集到的有效微粒轨迹在无限远处距离纤维轴线的宽度Y和纤维半径价之比:刃二y}}"r(2-1) 刃定义为这种效应下的捕集效率。Albrecht(1931)}4g}最先给出上定义式，由于它很直观，理论计算就借用了这个关系式 所以以后的单纤维计算都是围绕着上面的模型展开的。在一般重力效应和静电效应可以忽略的情况下，纤维的主要过滤机理有拦截效应、惯性效应和扩散效应。下面分别是计算三种效率的理论方法:在蔡杰[f}l的计算方法中，在计算惯性效应时直接采用的是轨迹推移计算法，通过每点的计算推移最终计算出粒子惯性运动的轨迹，从而求出惯性机理下的效率。采用直接编程能够进行计算，是比较直接可靠的途径，这种方法从最基本的原理去分析，并非采用实验经验公式的方法。同时，其考虑理想拦截并非过滤机理。他在利用Lee和Liu }lo}}的微分方程时，重新引入粒径参数，改变了原有的认为粒径为零的理想计算状况。因此，理想拦截就不应该再被当作是单独的过滤机理，而是惯性机理和扩散机理的边界情况。对于纤维直径的计算，他是采用电子显微镜观测的方法得到的，采用直径的均方根值，而不是纤维直径的算术平均值，他认为这样更能反映材料的物理特性。下面通过实际国产高效滤料的计算来分析不同效率计算方法的区别，选出描述国产高效纤维滤料过滤效率的最好方法。同时，分析不同滤料参数对过滤效率的影响。通过计算分析，找到测量高效过滤材料效率的最优化方法。使得最易透过粒径的值有些偏右，但仍然小于通常认为的0.3}m，所以结果也是可以让人接受的。经典的理论计算没有引入粒径的影响，把拦截作为单独的过滤机理进行计算，忽略了其与其他几种机理共同作用下的影响，计算出来的结果要比实测值高一些。而Davies理论出现时间比较早，所以使用范围比较窄，其扩散项采用的是旧的理论推理得到的，没有考虑到周围纤维的影响及纤维周围流场和速度场的分布，故在小粒径区，尤其是<0.2}m的范围内，效率相差一个数量级以上，而其惯性项计算部分是通过实验得到的经验公式，结合已有的实测结果得到的，故比较准确，在大粒径区域与实际值符合得很好。Lee和Liu理论计算公式使用的前提条件是忽略粒子受到的重力和惯性力的影响，主要受到扩散和拦截两种效果的影响，而‘赓吐效应的影响对于高效过滤器过滤的0.3}m以下的颗粒来说可以忽略。Lee的早期未经过修正的公式，虽然对于最易透过粒径点的确定没有太大影响，但是在颗粒和大颗粒两个极端情况下，效率值明显偏高，这是由于把单纤维过滤理想化造成的，没有考虑到流场中的滑移效果以及周围纤维的影响，而经过修正的公式考虑到了以上两个影响因素，故理论计算值与实测值最为接近。蔡杰的公式是建立在Lee和Liu原有公式的基础上做出的改动，未进行充分的修正，故也有一定的偏差。最易透过粒径是计数效率测试时最关心的值，下面通过一种理论方法计算最易透过粒径值与实测值进行比较，看是否存在较大的差异 通常所说的最易透过粒径通常满足0.075 < }, / Dp < 1.3范围内，通过理论计算公式(2-40来计算最易透过粒径值，在上述滤料参数不变的情况下，计算结果为0.18278}m，而实测值位于0.18-0.19林 m之间，两者相差小于5%0实验对比分析证明，对于国产高效滤料的效率计算，Lee和Liu采用的经过修正的理论计算公式(2-40有较好的适用性，在以后的理论计算中，均选用的是该公式。