Modélisation des écoulements de gaz raréfiés au travers de filtres fibreux par la méthode de Boltzmann sur réseau

Les particules fines suspendues dans l'air (aussi nommées aérosols) sont nocives pour la santé humaine et pour l'environnement. La filtration des aérosols (ou la séparation de ces particules de l'air) est donc un procédé d'une importance cruciale. Les filtres fibreux sont généralement choisis pour leur haute performance et leur compacité. L'ajout de nanofibres (<1 μm) déposées sur une couche de microfibres ou mélangées à des microfibres a été proposé pour améliorer ces filtres. La théorie de la fibre unique est souvent utilisée pour prédire la performance des filtres à aérosols. Cependant, cette théorie prend pour acquis que les fibres d'un filtre sont toutes du même diamètre et ignore donc les impacts potentiels de la structure multicouche. La simulation numérique directe des écoulements gazeux au travers de milieux fibreux doit être utilisée pour tenir compte des interactions entre les fibres. Or, les effets de raréfaction qui apparaissent autour des nanofibres doivent être considérés pour prédire quantitativement la performance des milieux filtrants.

Abstract

Suspensions of fine particles (also called aerosols) are harmful to human health and the environment. The filtration of airborne particles (or the separation of these particles from the air) is therefore a process of crucial importance. Fibrous filters are generally chosen for their high performance and compactness. The addition of nanofibers (<1 μm) deposited on a layer of microfibers or mixed with microfibers has been proposed to improve these filters. The single fiber theory is often used to predict the performance of aerosol filters. However, this theory assumes that the fibers of a filter are all the same diameter and therefore ignores the potential impacts of the multilayer structure. Direct numerical simulation of gas flows through fibrous media must be used to account for the interactions between the fibers. However, the rarefaction effects that occur around nanofibers must be considered to quantitatively predict the performance of the filter media.