滤饼结构的研究

5．1．2　滤饼结构的研究

滤饼结构研究属于几何学范畴，颗粒形态及滤饼内部的多孔网络结构无法用传统几何学加以描述，但颗粒形态及滤饼内部结构的定量描述对深化过滤机理具有重要意义。近年来，随着图像处理技术和扫描电镜的发展，使滤饼内部结构的测试成为可能。

20世纪70年代发展起来的分形几何理论为描述滤饼结构以及滤饼形成的动力学过程提供了一种新方法。1985年，Ensor和Mullins首先将分形理论用于深层过滤的研究^［159］。1989年，Kaye及其合作者研究滤饼过滤，并证明滤饼结构可以用Sierpinski分形进行描述^［160］。由于滤饼的形成是颗粒随机堆积过程，故随机构造的模型更接近于真实滤饼。Sierpinski模型描述滤饼分形结构，为定量描述滤饼内部结构以及结构与操作因素的关系奠定了一定基础^［161］。徐新阳等研究了气压过滤滤饼分形特征，经实验测定提出了分维数D和滤饼结构特征常数A^［162］。1995年以来，天津大学应用分形理论研究了滤饼过滤与动态过滤的滤饼结构，用立德粉物料在不同操作条件下进行过滤，对滤饼切片，拍摄不同层的SEM照片，并用计算机分析图像^［161］。

滤饼过滤为一个非线性过程，滤饼是由不同形状、不同大小的颗粒随机堆砌而成的，其孔隙结构尽管十分复杂，但具有相当宽的自相似区间，是一种分形结构。Mandelbrot在分形理论方面的开拓性工作^［163］，为滤饼结构的定量描述提供了有利依据。滤饼分形结构与众多操作参数密切相关，通过尺度变换可以求得滤饼孔隙几何结构的分维数，实现滤饼结构的数学描述^［146］。但人们往往仅从质量传递及动量传递的角度研究滤饼层的形成及动态平衡过程，而对决定过滤整体行为的滤饼结构研究尚不够深入。将滤饼微观结构测试技术与新型图像处理理论、分形理论相结合，研究滤饼结构，成为过滤理论研究中颇有希望的一种新趋势。