Influence of upstream flow characteristics on filter efficiency (2001)

This study investigated the effect of upstream flow conditions on the efficiency of a reversible, two-layer filter composed of one layer of coarse and one layer of fine fibres. Efficiency was higher when the leading layer of the filter contained fine fibres, but the drop was the same regardless of which fibres led. Efficiency was higher and the fractional efficiency curve was shallower when the upstream velocity profile was non-uniform and very turbulent. Three phenomena were identified that account for these observations: (1) non-uniformity of the upstream velocity profile, (2) mean velocities tangential to the filter's surface and (3) fluctuating components of velocity, inherent to a turbulent airflow. Air entering a filter becomes generallly perpendicular to the filter face as fibres dissipate non-uniform and tangential velocity components; this disipation is greatest in the leading layer of the filter. Fine fibres have a higher efficiency that coarse fibres, so efficiency was higher when the region of greatest dissipation contained fine fibres. Innovative housing designs, based on these observations, could be made to promote upstream airflow conditions that maximize filter performance. In dem vorliegenden Referat werden die Ausirkungen oberwasserseitigen Strömungsbedingugen auf die Effizienz eins reversiblen Zweischichfilters untersucht, das aus einer Schicht grober und einer Schicht feiner Fasern besteht. Die Effizienz war höher, wenn die führende bzw. vordere Filterschicht feine Fasern enthielt. Der Druckabfall blieb hingegen unverändert, gleich, welche Art von Fasern in der führenden Filterschicht enthalten war. Die Effizienz war höher und die Frakionseffizienzkurve flacher, wenn das oberwasserseitige Profil uneinheitlich und sehr turbulent war. Es wurden drei Phänomene identifizier diese Beobachtungen zurückzuführen sind: (1) Ungleichmäβigkeit des oberwasserseitigen Profils der Durchflussgeschwindigkeit, (2) mittlere Geschwindigkeiten tangential zur Filteroberfläche und (3) schwankende Geschwindigkeitskomponenten, die einem turbulenten Luftstrom eigen sind. In ein Filter eintretende Luft verhält sich gewöhnlich senkrecht zur Filterfläche, wobei die Fasern ungleichmäβige und targentiale Geschwindigkeitskomponenten verbreiten; diese Verbreitung ist in der vorderen Filterschicht am gröβten, Feine Fasern weisen groβere Effizienz als grobe. Fasern auf, so dass die Effizienz umso höher war, wenn der Bereich der stärksten Verbeitung feine Fasern enthielt. Auf diese Beobachtungen gestützte, innovative Gehäusekonstruktinen könnten zur Förderung von oberwasserseitigen Luftstrombedigungen hergestellt werden, um die Filterleistung maximal auszuschöpfen. Cette étude concerne l'effet des conditions amont de l'écoulement sur l'efficacité d'un filtre réversible bi-couche composé d'une couche de fibres grossières et d'une couche de fines fibres. L'efficacité est plus grande quand la couche d'attaque contient les fines fibres mais la perte de charge est la mem̂e quelle que soit la premir̀e couche. L'efficacité est plus grande et la courbe d'efficacité fractionnaire est plus plate quand le profil de vitesse amont n'est pas uniforme et est trés turbulent. Trois phénomǹes ont été identifiés pour expliquer ces observations: (1) la non-uniformité du profil de vitesse amont, (2) des vitesses moyennes tangentes á la surface du filtre, (3) des composantes de vitesse fluctuantes, inhérentes á un écoulement d'air turbulent. L'air entrant dans un filtre devient généralement perpendiculaire á la surface filtrante car les fibres dissipent les composantes de vitesse non-uniformes et tangentielles; cette dissipation est la plus forte dans la premiére couche du filtre. Les fines fibres ont une efficacité supérieure aux fibres grossiéres donc l'efficacité est plus grande quand la région de plus intense dissipation contient les fibres fines. Des nouveaux designs de filtre, basés sur ces observations, ont pu être imaginés pour promouvoir des conditions amont de l'écoulement de l'air maximisant les performances du filtre. Se ha estudiado el efecto de condiciones de flujo rio arriba en el rendimiento de un filtro de dos capas reversibles, compuesto de una capa de fibras bastas, y otra de fibras finas. La eficiencia era mas grande con la capa delantera de fibras finas, pero la caida de presión era igual indiferente a la capa delantera. Efficiencia era mas grande y la curva de efficiencia fraccionaria menos profunda cuando el perfil de velocidad rio arriba era no uniforme y condiciones muy turbulentas. Se han identificado tres fenómenos para dar cuenta de estas observaciones: (1) la no uniformidad del perfil de velocidad rio arriba, (2) velocidades medias tangenciales a la superficie del filtro, (3) componentes fluctuantes, inherentes al flujo turbulento de aire. Aire que entra en un filtro se pone generalmente perpendicular a la superficie del filtro, porque las fibras disipan los componentes de velocidad no uniformes y tangeciales; esta disipación está mas grande a la capa delantera del filtro. Fibras finas proveen una efifiencia mas grande que fibras bastas; la eficiencia era mas grande cuando la región de la disipación mas grande contiene fibras finas. Diseños innovativos de las disposiciones a base de estas observaciones puende aumentar el flujo de aire rio arriba para maximizar el rendimiento del filtro.