孔径与流体分子大小的关系

对于空气和水，它们的分子大小不同。水分子的直径约为 0.275 纳米，而空气中主要成分氮气分子直径约为 0.364 纳米，氧气分子直径约为 0.346 纳米。当

滤芯的孔径远远大于这些分子直径时，流体分子能够相对自由地通过，此时孔径大小对流通量的限制较小。

例如，若滤芯孔径为 1 微米（1000 纳米），无论是空气还是水，分子都可以轻松通过，这种情况下孔径对流通量的影响主要取决于其他因素，如流体的粘度

和压力差。

孔径对空气流通量的影响

较大孔径情况

当滤芯孔径较大（相对于空气分子大小）时，空气分子可以很容易地通过滤芯。在这种情况下，空气的流通量主要受压力差和空气粘度的影响。例如，在通

风系统中使用的粗效空气过滤滤芯，其孔径可能在 1 - 10 微米左右，空气能够顺畅地通过，此时增加孔径对流通量的提升效果不明显，除非同时增加

压力差或降低空气粘度。

从微观角度看，空气分子之间的间距相对较大，在较大孔径的滤芯中，空气分子的运动就像一群分散的个体在通道中穿梭，阻力较小，流通量较大。

较小孔径情况

当孔径接近或小于空气分子的平均自由程（在标准大气压下，空气分子的平均自由程约为 68 纳米）时，空气分子与滤芯孔壁的碰撞几率增加，这会导致空

气流通的阻力增大，流通量降低。例如，在高效空气过滤（HEPA）滤芯中，其孔径可能在 0.3 微米以下，空气分子需要经过更多的曲折路径才能通过滤芯，

而且分子与孔壁的碰撞频繁，使得流通量明显减少。

孔径对水流通量的影响

较大孔径情况

与空气类似，当滤芯孔径较大（相对于水分子大小）时，水可以比较容易地通过。不过，水的粘度比空气大得多，所以即使孔径较大，水的流通量也不会

像空气那样大。例如，在一些工业用水过滤系统中，滤芯孔径在 1 - 10 微米左右，水的流通量会受到粘度的限制，同时还会受到水分子之间氢键等相互作

用的影响。

从物理化学角度讲，水分子之间存在氢键，这种相互作用使得水具有一定的内聚力。在通过滤芯时，这种内聚力会使水分子倾向于保持在一起，即使孔

径较大，也不会像空气那样分散地快速通过。

较小孔径情况

当孔径接近或小于水分子大小时，水的表面张力作用会变得显著。表面张力会使水分子在孔口形成弯月面，阻止水的进一步流入。例如，当滤芯孔径小

于 0.1 微米时，对于水来说，需要克服较大的表面张力才能进入滤芯孔内，这会极大地降低水的流通量。同时，在非常小的孔径下，水的粘度效应

也会进一步增强，因为水分子在狭窄的通道中运动时，相互之间的摩擦和与孔壁的摩擦都会增加。