壁流式陶瓷颗粒WILKERSON威尔克森过滤器结构
壁流式陶瓷颗粒WILKERSON过滤器是柴油车上有效净化碳颗粒的装置。随着汽车排放标准要求的日益严格，在WILKERSON过滤器工艺的微观结构上、性能上提出了更高的要求，力求更高的过滤效率、尽量低的排气阻力。壁流式陶瓷颗粒WILKERSON过滤器内部由许多狭长的微通道组成。常规的流场模拟是将WILKERSON过滤器整体看作多孔介质，得不到狭长微通道上的气流分布及粒子沉积浓度等特性参数。

壁流式陶瓷颗粒WILKERSON威尔克森过滤器结构
壁流式陶瓷颗粒WILKERSON过滤器主要被用来除去微米，亚微米级小颗粒，较高的过滤效率，较低的过滤阻力是它的显著特点。在空气污染日益严重的今天，它不但能有效的提高室内空气品质，也能在一定程度上降低过滤阻力，实现节能的目的。用数值模拟的方法对静态壁流式陶瓷颗粒WILKERSON过滤器内部气相流场进行研究，分析其流场规律并计算不同运行条件下WILKERSON过滤器的阻力及阻力系数；基于响应曲面法并利用统计软件Minitab,对数值计算次数进行优化，并拟合出有关交错排列壁流式陶瓷颗粒WILKERSON过滤器性能的二次项预测模型；利用计算流体动力学技术对动态壁流式陶瓷颗粒WILKERSON过滤器过滤特性进行数值研究，并对粒径为0.05μm～0.5μm的带电颗粒物在不同运行条件下经过动态壁流式陶瓷颗粒WILKERSON过滤器的过滤特性进行比较，得出结论如下：空气在流经静态驻极体时，从WILKERSON过滤器入口的*排到zui后一排静态驻极体之间的流场结构基本呈周期性变化，并且WILKERSON过滤器阻力随着迎面风速的增加呈线性的增加，过滤效率随着静态驻极体纤维之间横向距离的增大而减小，随着静态驻极体纤维直径和迎面风速的增大而增大，但当风速达到一定程度时，过滤效率又会随着迎面风速的增大而减小。通过优化预测结果可知，无因次化横向距离、纵向距离、静态驻极体直径及雷诺数分别为0.155、0.120、0.070、4.787时，可获得99.4%的过滤效率和42.228Pa的阻力，这种高效低阻的复合合意性为0.967。在颗粒粒径小于0.1μm时，静电力的捕集机理在整个捕集机理（静电，惯性，拦截，扩散）中占主导地位；随着颗粒粒径的增加，静电力对壁流式陶瓷颗粒WILKERSON过滤器渗透率的影响逐渐减弱。在小粒径颗粒范围内（0.05μm～0.5μm），动态壁流式陶瓷颗粒WILKERSON过滤器的渗透率随着迎面风速的增大而增大。工作集中在狭长的微通道内部的流动特性分析，选取四个1/4气道及四个多孔壁作为计算区域，分析微通道壁面两侧的流动参数，寻求微通道结构尺寸的的*值。主要考虑了半边长分别为1.2mm、1.0mm、0.8mm的三种模型，应用FLUENT软件，建立了三维六面体网格结构，用k-ε湍流模型进行了模拟，对其静压力场、速度场、碳颗粒浓度场进行了分析。不同边长微通道的计算结果表明，半边长为1.2mm的模型具有较低的排气阻力、较好的碳颗粒沉积特性。针对半边长1.2mm的模型，选取入口速度分别为20m/s、30m/s、40m/s进行模拟，结果显示20m/s的模型具有较好的流动特性。据此得出，结构尺寸一定的WILKERSON过滤器只能在一定的流动特性下得到理想的结果。增加微通道边长和增加目数都有利于过滤效率的提高、排气阻力的降低。在WILKERSON过滤器横截面积一定的情况下，WILKERSON过滤器的目数与孔道边长和壁厚的和的平方成反比。

壁流式陶瓷颗粒WILKERSON威尔克森过滤器结构
因此，为提高WILKERSON过滤器性能而增加目数或增加边长是矛盾的。在两者不能兼得的情况下，增加目数成为通常的选择，带来的问题是对工艺要求的提高。现行的数值模拟方法对分析问题提供了便利，但对于多参数优化还有许多不足。相同结构的动态壁流式陶瓷颗粒WILKERSON过滤器的阻力与驻极体的带电量基本无关，而与迎面风速呈线性增加的关系。由颗粒运动轨迹可以看出，动态驻极体的背风面有带电颗粒的沉积，这是由静电力的作用而造成的。