黏性颗粒在不同截面形状纤维表面沉积特性的数值模拟

来源：现代纺织技术杂志2024年第6期北京时间：

作者：刘倩倩, 尤健明, 王 琰, 孙成磊, JIRI Militky, DANA Kremenakova, 姚菊明, 祝国成

单位：1. 浙江理工大学，a. 纺织科学与工程学院(国际丝绸学院)；b. 浙江-捷克先进纤维材料联合实验室，杭州 310018；2. 浙江朝晖过滤技术股份有限公司，浙江嘉兴 314511；3. 利贝雷茨理工大学纺织工程学院，捷克利贝雷茨 46117；4. 现代纺织技术创新中心（鉴湖实验室），浙江绍兴 312000

摘要：为了探究黏性颗粒在不同截面形状纤维表面的沉积特性，选择截面为圆形、三角形和十字形的纤维作为研究对象，通过Digimat、Solidworks建模软件构建在空间中呈随机分布的刚性三维纤维体模型；利用计算流体力学和离散单元法耦合的方法，基于laminar流场特征，引入JKR(Johnson-kendall-roberts)接触模型，对黏性颗粒在不同纤维表面的沉积特性进行气-固两相耦合数值模拟。模拟结果表明：在黏性颗粒的运动过程中，过滤机理会随时间而变化。初期，捕集主要依赖纤维表面的吸附作用，而后期主要通过纤维本身和颗粒之间的黏附团聚运动共同实现，形成了“尘滤尘”现象。此外，颗粒间滚动摩擦系数对颗粒在纤维上沉积的影响很大。滚动摩擦系数越大，颗粒之间的接触力链结构越稳定，颗粒更难脱落。在3种截面形状的纤维中，十字形截面的捕集效率最高，三角形次之，圆形最低。这是因为十字形截面具有表面凹凸结构，颗粒沉积后不易逃逸，而三角形纤维具有更大的比表面积和锐角形状，更容易捕捉颗粒。通过探究黏性颗粒与纤维之间的相互作用，优化纤维结构和布局，为提高空气过滤材料的过滤效率提供了设计思路和理论参考。

关键词：气-固两相流,纤维表面,黏性颗粒,滚动摩擦系数,颗粒捕集