粉尘颗粒在纤维过滤介质内部沉积形成的链状堆积结构(粉尘树枝),在过滤初始阶段,互不干扰地生长,但随过滤时间的增加,粉尘树枝结构开始桥架并最终形成网状结构。这种颗粒沉积方式对纤维过滤器的过滤效率和过滤阻力有显著影响,影响结果是过滤效率和过滤阻力随过滤时间的增加而增大。表层过滤中,粉尘颗粒在纤维过滤介质表面沉积形成的粉尘层(滤饼结构)必须周期地从过滤介质表面清除以降低过滤阻力。通常采用脉冲喷吹的方法达到此目的。滤饼的过滤阻力不仅与纤维过滤介质本身有关,还与滤饼的形态结构密切相关,包括滤饼的孔隙率和过滤条件。因此,过滤器的设计参数和运行参数优化及过滤器的性能预测需要深入研究粉尘颗粒在纤维过滤介质表面的沉积过程和滤饼的形成过程。为此,本课题针对粉尘颗粒在单纤维介质表面沉积过程和滤饼形成过程开展研究,在三维条件下,建立粉尘沉积的计算机模拟模型模拟此过程。主要的研究工作及研究结论包括:(1)基于控制面概念和颗粒轨迹计算,建立粉尘颗粒在单纤维介质表面沉积过程的随机模拟模型,并考虑到颗粒的粒径分布和纤维扭转对沉积物的形态结构的影响。模拟结果表明,粉尘树枝形态结构依赖于St数、颗粒粒径分布和纤维扭曲程度。模拟获得的粉尘树枝结构与实验观察结果十分相似。对单分散颗粒,不同St数、拦截参数和容密度条件下的单纤维捕集效率与沉积量近似为线性关系。对多分散颗粒,单纤维捕集效率与沉积量不存在明显的线性关系。此外,过滤器容密度和颗粒粒径分布对单纤维捕集效率影响显著。(2)基于受限扩散模型,建立粉尘颗粒在多纤维介质表面沉积形成滤饼的过程。粉尘颗粒在远离过滤介质的控制面上释放,假设对流扩散运动为颗粒输送和沉积的主要机理。定义Pe数为颗粒对流作用与扩散运动的比值,讨论不同Pe数对滤饼的形态结构的影响。此外,考虑到实际过滤中过滤的粉尘颗粒大多为非等粒径颗粒,针对几种不同服从正态粒径分布的颗粒沉积对滤饼的形态结构的影响作了讨论。对Pe数范围为0.25～1600进行模拟计算结果表明,Pe数对滤饼的分形维数和孔隙率影响显著。当颗粒的扩散运动强于对流运动,颗粒沉积形成的滤饼为较为松散的结构,当Pe数较大时,颗粒沉积形成的滤饼为较为紧密的堆积结构。对非等粒径颗粒沉积形成滤饼的孔隙率随正态分布函数的均方差增大而降低。