Moneytizerによる広告を掲載しています。粒子が非常に小さくなると、ランダムな軌道で運動するようになります。これをブラウン運動といい、この運動により粒子を捕集する機構を拡散捕集機構といいます。拡散捕集は小さな粒子を捕集する場合の支配的な機構です。流体の条件にもよりますが、0.1μm以下の大きさの粒子を捕集するときに考慮することが多いです。拡散捕集を考えるうえで重要なパラメータがぺクレ数です。$$Pe=\frac{ud_{f}}{D}・・・(1)$$$$D=\frac{k_{B}TC_{c}}{3πμd_{p}}・・・(2)$$u:面速度[m/s]、df:繊維径[m]、D:粒子の拡散係数[m2/s]kB:ボルツマン定数[m2kg/(s2K)]、T:絶対温度[K]、Cc:カニンガムの補正係数[-]μ:粘度[Pa・s]、dp:粒子径[m]ぺクレ数が小さいほど拡散効果が大きくなり、捕集されやすくなります。推算式ここでは、拡散捕集効率ηD[-]のいくつか有名な推算式を紹介します。al.$$η_{D}=0.84Pe^{-0.43}・・・(3)$$比較的簡単なものとして、Wangらの発表した(3)式があります。(3)式は拡散係数が大きく、ぺクレ数Peが小さい領域を対象にしています。拡散捕集効率をぺクレ数Peに対してプロットしたものを以下に示します。u=0.01m/s、df=10μmPe<10の領域において、高い拡散捕集効率を示すことがわかります。al.$$η_{D}=2.9Ku^{-1/3}Pe^{-2/3}+0.62Pe^{-1}・・・(4)$$$$Ku=-0.5{\rm{ln}}α+α-0.25α^2-0.75・・・(5)$$Ku:水力学因子[-]、α:繊維の充填率[-]Wangらの式は簡単でよいですが、ガス-繊維界面での流れ場の歪みの影響を含んでいません。そこでStechkinaらは桑原の水力学因子を使用して、(4)式を発表しました。水力学因子は、粒子が繊維に近接することで発生する流れ場の歪みを補正するパラメータです。同様に、拡散捕集効率をぺクレ数Peに対してプロットしたものを以下に示します。u=0.01m/s、Pe<100の領域において、高い拡散捕集効率を示すことがわかります。al.$$η_{D}=1.6(\frac{1-α}{Ku})^{1/3}Pe^{-2/3}C_{1}C_{2}・・・(6)$$$$C_{1}=1+0.388Kn_{f}[(1-α)\frac{Pe}{Ku}]^{1/3}・・・(7)$$$$C_{2}=\frac{1}{1+1.6(\frac{1-α}{Ku})^{1/3}Pe^{-2/3}C_{1}}・・・(8)$$繊維径が非常に小さくなり、ガス分子の平均自由行程に近い値となるとガス分子が繊維表面で滑るようになります。Payetらはこのスリップ流れを考慮した(6)式を発表しました。同様に、拡散捕集効率をぺクレ数Peに対してプロットしたものを以下に示します。ぺクレ数が小さくなると捕集効率が100%を超える推算式が多いのですが、Payetらのモデルは100%を超えないように補正項が加えられています。まとめ拡散捕集機構について解説しました。繊維充填層式のフィルターを使用する場合は拡散捕集を考慮して捕集効率を推算しましょう。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。※サイト次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。date*日本語が含まれない投稿は無視されますのでご注意ください。解説:対臨界状態での規則性ある系の温度T、圧力P、体積Vに対して臨界温度Tc、臨界圧力Pc、臨界体積Vcで比を取ります。これら3つの対臨界定数について、同じ対臨界状態では物質の種類に依らず同じ対臨界定数となることを対応状態原理といいます。【ニュートンの粘性法則】を解説:ニュートン流体・非ニュートン流体の違いとは?現実の流体は粘性を持っており、流体が動くときには相互運動を妨げる方向に力が働きます。この力が流体の速度分布に比例する法則のことをニュートンの粘性法則といいます。ゼロと近似することを定常状態近似といいます。この近似を行なうことでいくつかの素反応で成り立つ式を簡略化することができます。この記事では臭化水素を例に定常状態近似の使用例を解説しています。塔内にトレイ(棚段)を設置し、トレイ上に保持されている液中にガスを分散させて気液接触させる装置のことを棚段塔といいます。流体に関するエネルギー保存則のことを特にベルヌーイの定理といいます。ベルヌーイの定理が成り立つおかげで、エンジニアは流体を所定の高さまで持ち上げるのにどのくらいのエネルギーやポンプ性能が必要か計算できるわけです。【さえぎり捕集機構】について解説:障害物による粒子のさえぎり粒子が小さくなると慣性力が働きにくくなり、粒子は流体と同じ運動をするようになります。障害物近傍を通過するとき、ガス分子は通過できますが、粒子は障害物に物理的にさえぎられて捕集されます。この捕集機構をさえぎり捕集機構といいます。【さえぎり捕集機構】について解説:障害物による粒子のさえぎり【ストークス数】について解説:粒子の慣性力と粘性抵抗の比を表わす無次元数プロフィールこのブログを運営しているルートです。化学メーカーで働くケミカルエンジニアです。