褶皱圆柱形机油过滤器颗粒积载过程中结构参数对褶皱谷流分流与过滤面积缩放的调控

《Scientific Reports》：Structural parameters regulate valley flow diversion and filtration-area scaling during particle loading in pleated cylindrical oil filters

　　

摘要

褶皱式圆柱形油过滤器表现出水力特性与颗粒装载行为的耦合效应，因为结构参数会影响过滤面积、流体重新分布、凹槽可达性以及区域颗粒积聚。然而，在完整装载周期内，褶皱几何形状与压降增长及服役寿命之间的关联机制仍未得到充分理解。本研究采用基于基线校准的动态计算流体动力学（CFD）模型，模拟过滤器从清洁状态到统一终端压降判据的变化过程。通过一次一因素分析法，在33种独立配置中考察了褶皱数N、滤材厚度Δn、过滤器高度H、内径D_in和外径D_out的影响。对于基线过滤器，模型以R² > 0.99的吻合度再现了实测的动态压降和过滤效率历史曲线。褶皱数、内径和滤材厚度主要通过改变凹槽可达性发挥作用，而过滤器高度和外径则主要通过过滤面积缩放效应产生影响。将N从85减少至55以及将H从90增至150 mm，分别使服役寿命延长了56%和86%；更薄的滤材可进一步延长服役寿命，但会降低初始过滤效率。采用一致的凹槽/侧壁/尖端分解方法，将区域趋势归纳为两条解释路径：凹槽分流相关调控和面积缩放调控。在所研究的滤材、结构范围、额定流量条件、污染物分布及装载协议下，结果表明褶皱过滤器设计除需考虑标称过滤面积外，还应兼顾区域流体可达性和负载分布。