高效空气过滤器(HEPA)得到了广泛的推广和普及,是现代洁净系统最主要的末级过滤器。HEPA是衡量一个国家过滤技术发展水平的重要标准。HEPA设备的高效节能和廉价是关键。因此,对低阻高效空气过滤器进行探索性实验研究是进一步挖掘其市场潜力的一个突破点。monolith过滤器是由筛网状介质加工而成,具有形态整齐的多孔结构,流动阻力很小。对于粒径等于或大于孔径的粒子具有绝对过滤能力。而对于能够穿过微孔的亚微米粒子,monolith通道也能表现出很高的过滤能力,使得monolith过滤器成为新型高效空气过滤器发展的一个重要方向。同时,随着微纳米级加工技术的发展,目前核孔膜技术可以生产出孔径达0.015~10μm的微孔薄膜滤料,使得基于微米级通道的monolith过滤器的研究逐渐被重视。然而,目前国内外对于monolith过滤器的理论研究还比较少,通道的过滤机制还不完善,这为monolith过滤器的设计和制造增加了许多麻烦。针对这一情况,本文对monolith过滤器通道的过滤性能作了全面的研究并与传统的纤维过滤器作比较,为设计和制造更加高效经济的空气过滤器提供理论依据。本文采用单通道理论模型分析了表面带有静电的monolith过滤器通道的的过滤性能。首先研究了单个粒子在monolith微通道内的运动特点,结果表明,粒子直径Dp<0.1μm时主要受到布朗力和静电力的作用,随着Dp的增大,粒子的运动逐渐由流动阻力主导。接着,本文还研究了气流入口速度和方向,静电力,粒子直径等因素对monolith通道过滤效率的影响,结果表明,当Dp<0.1μm时,入口速度u0增大,捕获效率下降很快,u0>3m/s时,捕获效率接近于0且不再受气溶胶入口速度的影响,粒子的捕获效率随气溶胶入射角度的增大几乎没有变化,而当Dp>1μm时,随着u0的增大,通道的捕获效率先减小后增大,粒子的捕获效率随气溶胶入射角度的增大增加十分明显。静电力对monolith通道捕获效率的影响十分显著,研究表明,当粒子直径较小(Dp<0.1μm)时,粒子带有与通道异种电荷时通道的捕获效率显著增强。因此采用人工的方法使monolith过滤器表面带有稳定高密度电荷具有重要意义,目前常用的方法是过滤器制造时在通道表面嵌入驻极体。粒子的直径是通道捕获效率最为重要的一个影响因素,随着粒子直径的增大,粒子的运动由主要受到布朗力和静电力的作用逐渐转变成由流动阻力主导。粒子直径Dp在0.01μm~1μm内,通道的捕获效率随着粒子直径的增大先减小后增大,存在一个效率最低值,此时的粒子直径称为最大穿透力直径Dpmax=0.1~0.4μm。本文还对monolith过滤器内粒子沉积位置沿通道的分布规律作了分析,结果表明,大部分的粒子沉积在通道前10%区域,在其他位置沉积较少且分布较均匀,在工程应用中,对于monolith过滤器的清洗应该集中在通道前10%的位置。Dp=0.05μm时,粒子沿通道沉积位置分布与气流入口速度方向关系不大,而当气流入射速度增大时,粒子沿通道沉积位置分布明显向后移动;Dp=0.5μm时,气流进入通道的速度增大和一定角度进入通道均能使粒子的沉积位置向后推移。最后,本文在各方面条件相当的情况下比较了monolith过滤器与传统纤维过滤器的过滤性能,结果表明,在保证气流入口流速相等的情况下,monolith过滤器在对小粒子(Dp<0.1μm)具有明显更高的效率;u0=0.1m/s时,纤维过滤器的过滤阻力ΔP=160Pa,monolith过滤器的过滤阻力ΔP=60Pa,约为纤维过滤器的1/3,这再一次证实了monolith过滤器相比于传统纤维过滤器在处理亚微米级粒子具有高效率低能耗的优良特性。