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

V. A. KIRSH; Кирш В. А.

doi:10.31857/S0023291223600141

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

Authors: KIRSH V.A.¹
Affiliations:
1. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Issue: Vol 85, No 3 (2023)
Pages: 307-318
Section: Articles
Submitted: 27.02.2025
Published: 01.05.2023
URL: https://rjmseer.com/0023-2912/article/view/671484
DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291223600141
EDN: https://elibrary.ru/ZPFKYE
ID: 671484

Cite item

Full Text

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

Fuchs N.A. The Mechanics of Aerosols. N.Y.: Dover, 1989.
Davies C.N. Air Filtration. N.Y.: Academic Press, 1973.
Brown R.C. Air Filtration. Oxford: Pergamon Press, 1993.
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.
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
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
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
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
Волощук В.М. Введение в гидродинамику грубодисперсных аэрозолей. Л.: Гидрометеоиздат, 1971.
Hairer E., Norsett S., Wanner G. Solving Ordinary Differential Equations I: Nonstiff Problems, 2-nd ed. Berlin: Springer-Verlag, 1993.
Слезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. М.: ГИТТЛ, 1955.
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
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.
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
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.
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.
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
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
Gallily I. On the filtration of aerosols by filter models of various porosities // J. Colloid Sci. 1957. V. 12. № 2. P. 161–172.
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
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
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
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
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
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
Yeh H.-C. A fundamental study of aerosol filtration by fibrous filters. Ph.D. Thesis. Minneapolis: University of Minnesota, 1972.
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
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
Стечкина И.Б., Кирш А.А., Фукс Н.А. Исследования в области волокнистых аэрозольных фильтров // Коллоид. журн. 1969. Т. 31. № 1. С. 121–126.
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.
Левин Л.М. Исследования по физике грубодисперсных аэрозолей, М.: Изд. АН СССР, 1961.
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
Flagan R.C., Seinfeld J.H. Fundamentals of Air Pollution Engineering, Ch. 7. P. 441. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, Inc., 1988.
Натансон Г.Л. Влияние скольжения на эффект касания при захвате амикроскопических частиц цилиндром из потока // Коллоид. журн. 1960. Т. 24. № 1. С. 52−54.
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
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