INERTIAL DEPOSITION OF SUBMICRON AEROSOLS IN MODEL FIBROUS FILTERS COMPOSED OF ULTRAFINE FIBERS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The influence of the inertia of submicron particles on their deposition from a Stokes flow in model fine-fiber filters is considered at low Reynolds numbers. The fiber collection efficiencies are calculated by the limiting trajectory method for a cell model of the filter and for a row of parallel fibers oriented perpendicularly to the direction of the gas flow for the ranges of interception parameter R = 0.01–1, Stokes number Stk = 0–20, and Knudsen number Kn = 0–1. The simulation results are consistent with the experimental data.

About the authors

V. A. KIRSH

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Author for correspondence.
Email: va_kirsch@mail.ru
Россия, 119071, Москва, Ленинский просп. 31, корп. 4

References

  1. Fuchs N.A. The Mechanics of Aerosols. N.Y.: Dover, 1989.
  2. Davies C.N. Air Filtration. N.Y.: Academic Press, 1973.
  3. Brown R.C. Air Filtration. Oxford: Pergamon Press, 1993.
  4. Kirsch A.A., Stechkina I.B. The theory of aerosol filtration with fibrous filters, Ch. 4, in Fundamentals of Aerosol Science / Ed. by Shaw D.T. N.Y.: Wiley-Interscience. 1978. P. 165‒256.
  5. Chernyakov A.L., Kirsch A.A., Kirsch V.A. Elastic vibrations of a fiber due to impact of an aerosol particle and their influence on the efficiency of fibrous filters // Phys. Rev. E. 2011. V. 83. № 5. P. 056303. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.83.056303
  6. Стечкина И.Б., Кирш В.А. Оптимизация параметров аэрозольных волокнистых фильтров // Коллоид. журн. 2001. Т. 63. № 4. С. 517–522. https://doi.org/10.1023/A:1016762107083
  7. Кирш В.А., Кирш А.А. Улавливание субмикронных аэрозольных частиц фильтрами из нановолокон // Коллоид. журн. 2023. Т. 85. № 1. С. 38‒46. https://doi.org/10.1134/S1061933X22600476
  8. Кирш В.А. Инерционное осаждение тяжелых аэрозольных частиц в волокнистых фильтрах // Теор. основы хим. технологии. 2005. Т. 39. № 1. С. 50–55. https://doi.org/10.1007/s11236-005-0028-1
  9. Волощук В.М. Введение в гидродинамику грубодисперсных аэрозолей. Л.: Гидрометеоиздат, 1971.
  10. Hairer E., Norsett S., Wanner G. Solving Ordinary Differential Equations I: Nonstiff Problems, 2-nd ed. Berlin: Springer-Verlag, 1993.
  11. Слезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. М.: ГИТТЛ, 1955.
  12. Wang C.Y. Stokes slip flow through a grid of circular cylinders // Phys. Fluids. 2002. V. 14. № 9. P. 3358‒3360. https://doi.org/10.1063/1.1499127
  13. Kolodziej J.A. Review of application of boundary collocation methods in mechanics of continuous media // Solid Mechanics Archives. 1987. V. 12. № 4. P. 187–231.
  14. Pich J. Pressure drop of fibrous filters at small Knudsen numbers // Ann. Occup. Hyg. 1966. V. 9. № 1. P. 23‒27. https://doi.org/10.1093/annhyg/9.1.23
  15. Ролдугин В.И., Кирш А.А., Емельяненко А.М. Моделирование аэрозольных фильтров при промежуточных числах Кнудсена // Коллоид. журн. 1999. Т. 61. № 4. С. 530‒542.
  16. Кирш А.А., Стечкина И.Б. Инерционное осаждение аэрозолей в модельных фильтрах при малых числах Рейнольдса // Коллоид. журн. 1977. Т. 39. № 1. С. 36‒43.
  17. Miyagi T. Viscous flow at low Reynolds numbers past an infinite row of equal circular cylinders // J. Phys. Soc. Japan. 1958. V. 13. № 5. P. 493−496. https://doi.org/10.1143/JPSJ.13.493
  18. Muller T.K., Meyer J., Kasper G. Low Reynolds number drag and particle collision efficiency of a cylindrical fiber within a parallel array // J. Aerosol Sci. 2014. V. 77. № 11. P. 50–66. https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2014.07.007
  19. Gallily I. On the filtration of aerosols by filter models of various porosities // J. Colloid Sci. 1957. V. 12. № 2. P. 161–172.
  20. Kuwabara S. The forces experienced by randomly distributed parallel circular cylinders or spheres in viscous flow at small Reynolds numbers // J. Phys. Soc. Japan. 1959. V. 14. № 4. P. 527–532. https://doi.org/10.1143/JPSJ.14.527
  21. Kirsch A.A., Fuchs N.A. The fluid flow in a system of parallel cylinders perpendicular to the flow direction at small Reynolds numbers // J. Phys. Soc. Japan. 1967. V. 22. P. 1251–1255. https://doi.org/10.1143/JPSJ.22.1251
  22. Kirsch A.A., Fuchs N.A. Studies of fibrous aerosol filters – II. Pressure drops in systems of parallel cylinders // Ann. Occup. Hyg. 1967. V. 10. № 1. P. 23–30. https://doi.org/10.1093/annhyg/10.1.23
  23. Головин А.М., Лопатин В.А. Течение вязкой жидкости в двоякопериодических рядах цилиндров // ПМТФ. 1969. Т. 9. № 2. С. 99–105. https://doi.org/10.1007/BF00913184
  24. Sangani A.S., Acrivos A. Slow flow past periodic arrays of cylinders with application to heat transfer // Int. J. Multiphase Flow. 1982. V. 8. № 3. P. 193–206. https://doi.org/10.1016/0301-9322(82)90029-5
  25. Yeh H.-C., Liu B.Y.H. Aerosol filtration by fibrous filters – I. Theoretical // J. Aerosol Sci. 1974. V. 5. № 2. P. 191–204. https://doi.org/10.1016/0021-8502(74)90049-4
  26. Yeh H.-C. A fundamental study of aerosol filtration by fibrous filters. Ph.D. Thesis. Minneapolis: University of Minnesota, 1972.
  27. Ramarao B.V., Tien C., Mohan S. Calculation of single fiber efficiencies for interception and impaction with superposed Brownian motion // J. Aerosol Sci. 1994. V. 25. № 2. P. 295–313. https://doi.org/10.1016/0021-8502(94)90081-7
  28. Кирш В.А. Инерционное осаждение аэрозольных частиц в волокнистых фильтрах // Коллоид. журн. 2004. Т. 66. № 5. С. 613–618. https://doi.org/10.1023/B:COLL.0000043835.00525.83
  29. Стечкина И.Б., Кирш А.А., Фукс Н.А. Исследования в области волокнистых аэрозольных фильтров // Коллоид. журн. 1969. Т. 31. № 1. С. 121–126.
  30. Стечкина И.Б., Кирш А.А., Фукс Н.А. Влияние инерции на коэффициент захвата аэрозольных частиц на цилиндрах при малых числах Стокса // Коллоид. журн. 1970. Т. 32. № 3. С. 467.
  31. Левин Л.М. Исследования по физике грубодисперсных аэрозолей, М.: Изд. АН СССР, 1961.
  32. Wong J.B., Ranz W.E., Johnstone H.F. Collection efficiency of aerosol particles and resistance to flow through fiber mats // J. Appl. Phys. 1956. V. 27. № 2. P. 161–170. https://doi.org/10.1063/1.1722328
  33. Flagan R.C., Seinfeld J.H. Fundamentals of Air Pollution Engineering, Ch. 7. P. 441. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, Inc., 1988.
  34. Натансон Г.Л. Влияние скольжения на эффект касания при захвате амикроскопических частиц цилиндром из потока // Коллоид. журн. 1960. Т. 24. № 1. С. 52−54.
  35. Albertoni S., Cereignani C., Gutusso L. Numerical evaluation of the slip coefficient // Phys. Fluids. 1963. V. 6. № 7. P. 993–996. https://doi.org/10.1063/1.1706857
  36. Zhao S., Povitsky A. A hybrid molecular and continuum method for low-Reynolds-number flows // Nonlinear Analysis. 2009. V. 71. № 12. P. e2551–e2564. https://doi.org/10.1016/j.na.2009.05.069

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (40KB)
Indexing metadata
3.

Download (63KB)
Indexing metadata
4.

Download (65KB)
Indexing metadata
5.

Download (91KB)
Indexing metadata
6.

Download (71KB)
Indexing metadata
7.

Download (168KB)
Indexing metadata
8.

Download (171KB)
Indexing metadata
9.

Download (24KB)
Indexing metadata
10.

Download (160KB)
Indexing metadata
11.

Download (89KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 В.А. Кирш