简论流体力学螺旋膜组件流动与传质特性

论文导读：摘要4-5Abstract5-9引言9-111文献综述11-291.1膜分离技术综述11-151.1.1膜分离技术进展介绍11-121.1.2膜分离技术的分类及特征12-131.1.3膜分离技术的探讨及运用近况13-151.2膜组件探讨近况15-201.2.1膜组件介绍15-181.2.2膜组件的优化设计18-201.3膜污染探讨评述20-241.

3.1膜污染理由2

摘要：膜分离技术由于具有能耗低、分离效率高、装置简单紧凑、适用范围广且可在常温下进行等优点,已广泛运用于石油化工、医药、食品、电子、生化、环境和人民生活等领域。膜组件是膜分离技术的核心,膜组件的性能决定着整个膜分离历程的效率。对新型膜组件的探讨是探讨热点之一,本论文对一种新型螺旋膜组件的流动和传质性能进行了探讨,主要包括从下内容：(1)建立了一套螺旋膜组件的过滤实验装置,通过过滤碳化硅悬浊液探讨了螺旋膜组件的性能。在曝气量为0.10m3/h时,螺旋膜组件稳定过滤通量比平板膜组件增多45%。对过滤阻力进行分析表明：螺旋膜组件过滤总阻力比平板膜组件平均低20%,滤饼层阻力是过滤的主要阻力,占到过滤总阻力的60%从上,堵塞阻力占总阻力的20%左右。实验测得螺旋膜组件平均传质系数比平板膜组件增多43%,膜污染指数降低55%,螺旋膜组件的抗污染性能优于平板膜组件。(2)应用流体力学软件Fluent中的多相流VOF模型对螺旋膜组件进行了全尺寸三维数值模拟,得到了速度分布、湍流动能分布、压力分布、膜面剪切力分布和气含率分布。计算结果表明：螺旋膜过滤器内有涡的出现,随着螺旋角度的增多,涡在过滤器内分布更广；膜面剪切力比平板膜大,分布范围更广,平均剪切力增多了123%。螺旋膜组件增多了气泡、液体和膜面的相互意义,增多了气泡和膜面的碰撞频率,转变了气泡的运动轨迹,改进了气液混合程度,传质效果增强。(3)应用粒子图像测速仪(PIV)对螺旋膜过滤器内的流场进行了测试,得到了速度矢量图,并由速度矢量图得到了流线图和涡量分布图,通过计算得到了膜面剪切力值,和模拟结果进行比较,实验结果和模拟结果吻合良好。在PIV测试区域,0°膜时形成一个大的环流,螺旋膜时有涡的出现,且270°时涡尺寸最大,随着螺旋角度的增多,膜面流速降低,但和膜面夹角增大。螺旋膜比平板膜的涡量统计参数大,且涡量绝对值平均值比平板膜平均增大145%,螺旋膜涡量范围分布更广。关键词：膜过滤论文膜污染论文螺旋膜论文计算流体力学论文PIV论文
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Abstract5-9
引言9-11
1 文献综述11-29

1.1 膜分离技术综述11-15

1.1 膜分离技术进展介绍11-12

1.2 膜分离技术的分类及特征12-13

1.3 膜分离技术的探讨及运用近况13-15

1.2 膜组件探讨近况15-20

1.2.1 膜组件介绍15-18

1.2.2 膜组件的优化设计18-20

1.3 膜污染探讨评述20-24

1.3.1 膜污染理由20-21

1.3.2 膜污染防治措施21-22

1.3.3 膜分离历程强化措施22-24

1.4 膜装置内流动探讨发展24-28

1.4.1 CFD技术在膜组件中的运用24-28

1.4.2 实验流体技术在膜组件探讨中的运用28

1.5 本章小结28-29

2 螺旋膜组件强化过滤实验探讨29-46

2.1 实验流程与设备29-31

2.

1.1 实验流程29

2.

1.2 实验设备与仪器29-31

2.2 实验内容和办法31-34

2.1 实验数据的确定31-33

2.2 实验内容33-34

2.3 实验结果与讨论34-45

2.3.1 通量与截留率34-37

2.3.2 膜污染阻力分析37-40

2.3.3 滤饼层厚度和孔隙率40-41

2.3.4 传质系数41-43

2.3.5 膜组件抗污染性能分析43-45

2.4 本章小结45-46

3 螺旋膜组件水力学特性数值模拟46-68

3.1 数学模型的建立46-47

3.2 网格划分与边界条件47-48

3.3 模型求解48-52

3.1 求解办法48-49

3.2 多相流模型49-51

3.3 VOF模型制约方程51-52

3.4 模拟结果与讨论52-67

3.4.1 速度分布52-54

3.4.2 湍流动能分布54-56

3.4.3 压力分布56-57

3.4.4 剪切力分布57-63

3.4.5 气含率分布63-67

3.5 本章小结67-68

4 螺旋膜组件流场测试与分析68-83

4.1 PIV体系介绍68-71

4.2 测试办法71-72

4.3 结果与讨论72-82

4.

3.1 速度矢量图72-76

4.

3.2 流线图76-77

4.

3.3 涡量图77-80

4.

3.4 膜面剪切力80-82

4.4 本章小结82-83
结论83-84
参考文献84-90
附录A 主要符号表90-91
攻读硕士学位期间发表学术论文状况91-92
致谢92-93