空气过滤器对粒子捕获的五大科学法则

核心机理：从布朗运动到惯性撞击

扩散效应（<0.1μm粒子）

布朗运动主导：超细粒子受气体分子碰撞做无规则运动，撞击纤维表面被捕获。

效率公式：η_diff = 1.678 × (kT/μd_f)^(1/3) × Pe^(-2/3)

（k为玻尔兹曼常数，T为温度，μ为气体黏度，d_f为纤维直径，Pe为佩克莱特数）

典型场景：病毒（0.02-0.1μm）在FFP2口罩中的截留率超94%，依赖扩散效应。

拦截效应（0.1-1μm粒子）

流线吸附：粒子随气流运动时，因尺寸大于流线与纤维间距，直接接触纤维。

临界半径：当粒子半径r_p > 流线到纤维距离δ时被捕获，效率η_int = (r_p / d_f)²。

惯性撞击（>1μm粒子）

运动惯性突破流线：大质量粒子在气流转向时保持原轨迹撞击纤维。

斯托克斯数决定效率：

Stk = (ρ_p × d_p² × U) / (18μ × d_f)

（ρ_p粒子密度，d_p粒径，U流速）

当Stk > 0.3时，η_imp > 90%（如PM10在初效过滤器中的捕获）。

静电吸附（带电粒子）

库仑力捕获：带电纤维与粒子间静电引力实现超低阻高效过滤。

效率跃升：驻极体滤材对0.3μm粒子效率达99.9%，阻力仅50Pa（比HEPA低60%）。

重力沉降（>10μm粒子）

自重沉积：大颗粒在低速气流中受重力作用脱离气流，效率η_grav = 1 - e^(-v_g L / U)

（v_g沉降速度，L滤层厚度）

多机制协同模型

ASHRAE测试显示：对0.3μm粒子（最难截留尺寸），扩散与拦截效应贡献率分别为42%和38%，惯性撞击占15%，静电吸附占5%。