试议类比纤维束不均一性对膜组件壳程传递性能影响试验设计

论文导读：
摘要：中空纤维膜组件是分离工程技术中常用的设备元件,有着比表面积高、操作范围宽、结构简单以及造价低廉等优点。然而,由于制造等理由,纤维束在壳程呈随机分布状态。纤维束的不均一性导致壳程流动形态十分复杂,再加之壳程中同时有着纤维弯曲、进出口错流等众多影响因素,使得不同探讨者所得的中空纤维膜组件壳程传递关联式有着很大差距,至今未能就纤维束不均一性对膜组件壳程传递的影响规律形成统一认识。为了进一步深入探讨纤维束不均一性对壳程传递的影响规律,本论文考虑到传热与传质具有类比性,以及温度测量较浓度测量更精准且易实现在线测量,故构想用不锈钢管代替中空纤维,搭建传热试验装置,试验探讨壳程中管束不均一排布对壳程传递的影响规律。试验在填充率为10%、20%和30%的传热试验装置中进行。试验中管程走冷水,管程流体雷诺数Re在91.42～1544.85范围内,温度在16.90℃～30.31℃范围内。壳程流体分别为纯水、50%甘油水溶液、75%甘油水溶液、90%甘油水溶液和纯甘油。试验中壳程流体雷诺数Re在0.00031-500.05范围内,温度在21.94℃～49.99℃范围内。经过一系列的实验探讨,得到如下结论：(1)对于纯水介质(普朗特数Pr近似常数),一系列实验探讨表明：在填充率为10%时,传热努赛尔数Nu与雷诺数Re的0.599次方成线性联系；在填充率为20%时,传热努赛尔数Nu与雷诺数Re的0.566次方成线性联系；在填充率为30%时,传热努赛尔数Nu与雷诺数Re的0.507次方成线性联系。(2)在50%甘油水溶液、75%甘油水溶液、90%甘油水溶液和纯甘油介质中的一系列实验探讨表明：在填充率为10%时,参数Nu/Re0.599与普朗特数Pr的0.611次方近似成线性联系；在填充率为20%时,参数Nu/Re0.566与普朗特数Pr的0.485次方近似成线性联系；在填充率为30%时,参数Nu/Re0.507与普朗特数Pr的0.423次方近似成线性联系。(3)回归得出填充率范围在10%-30%,雷诺数Re范围在0.00031～500.05,普朗特数Pr范围在3.66～8131.15时,管束不均一分布下的壳程传热准数关联式。(4)本论文关联式与Prasad, Costello, Gawronski等人提出的关联式的预测走势相同：传递系数随着填充率的提升而减小。关键词：中空纤维膜组件论文不均一性论文热质类比论文壳程传递性能论文
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ABSTRACT7-11
第1章 绪论11-27
引言11-12

1.1 膜及膜分离概述12-14

1.1 国内外膜技术的进展12-13

1.2 膜分离的特点13

1.3 膜材料及膜分类13

1.4 膜分离的运用13-14

1.2 中空纤维膜组件14-19

1.2.1 典型结构14-15

1.2.2 传质论述15-16

1.2.3 壳程传质性能的影响因素16-19

1.2.3.1 流动分布不均16-17

1.2.3.2 填充率17-18

1.2.3.3 膜污染和膜润湿18

1.2.3.4 其它影响因素18-19

1.3 壳程传质性能的探讨进展19-25

1.3.1 经验关联式19-21

1.3.2 数学模型21-23

1.3.2.1 壳程简化模型21-23

1.3.2.2 其它数学模型23

1.3.3 传热传质类比23-24

1.3.4 直接数值模拟24-25

1.4 本论文探讨内容和作用25-27

1.4.1 不足的提出25

1.4.2 探讨内容25-26

1.4.3 探讨作用26-27

第2章 试验装置和策略27-39

2.1 试验装置及流程27-30

2.

1.1 换热组件的制造27-28

2.

1.2 试验装置和操作流程28-30

2.2 试验准备工作30-36

2.1 壳程溶液的选择30-33

2.2 温度测量预实验与误差浅析33-35

2.3 热平衡测试35-36

2.3 试验案例及步骤36-38

2.3.1 纯水条件下的传热试验36-37

2.3.2 甘油水溶液条件下的传热试验37-38

2.4 本章小结38-39

第3章 纯水条件下的传热试验探讨39-4论文导读：-595.2传热准数关联式59-625.3关联式计算结果与试验结果的比较62-645.4与文献关联式的比较64-665.5本章小结66-67第6章总结与展望67-696.1总结67-686.2展望68-69符号说明69-71附录71-73参考文献73-77致谢77-78攻读学位期间参加的科研项目和成果78上一页12
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3.1 数据计算策略39-41

3.

1.1 计算总传热系数39-40

3.

1.2 计算壳程传热努赛尔数40-41

3.2 填充率对传热性能的影响41-44

3.3 雷诺数变化对传热努赛尔数的影响44-48

3.1 实验数据处理45-47

3.2 实验结果浅析47-48

3.4 本章小结48-49

第4章 甘油水溶液条件下的传热试验探讨49-58

4.1 物性数据的计算50

4.2 普朗特数变化对传热努赛尔数的影响50-55

4.3 结果浅析55-56

4.4 本章小结56-58

第5章 结果与讨论58-67

5.1 雷诺数指数的比较58-59

5.2 传热准数关联式59-62

5.3 关联式计算结果与试验结果的比较62-64

5.4 与文献关联式的比较64-66

5.5 本章小结66-67

第6章 总结与展望67-69

6.1 总结67-68

6.2 展望68-69

符号说明69-71
附录71-73
参考文献73-77
致谢77-78
攻读学位期间参加的科研项目和成果78