电渗析器中流场的计算流体力学(CFD)模拟研究

摘要

电渗析作为一种应用较早的水处理技术在各个领域发挥着越来越重要的作用。合适的电渗析器组件设计成为解决电渗析面临浓差极化和结垢问题的最佳选择之一。随着CFD技术的不断发展和完善，利用CFD技术来实现对电渗析过程模拟与研究，以及电渗析器组件的设计与优化成为可能。本文通过计算流体力学(CFD)方法，对电渗析器中加入隔板后流动通道中流场进行三维数值模拟，探究隔板构型对流体流动行为的影响。
　　首先讨论了隔板网丝夹角对电渗析过程中流体流动行为的影响。网丝夹角变化时，通过计算和分析流场中压力降、速度云图、剪应力变化趋势等来确定较优化的网丝夹角。结果表明压降与网丝夹角呈指数型关系，流体在流场中湍动会随着网丝夹角的增大而在局部区域有所加强，壁面附近剪切应力随着网丝夹角的增大而增加，综合考虑后，确定最佳的网丝夹角应尽量在80°～90°范围内。
　　然后针对布水槽的构型以及隔板长宽比分别进行了模拟研究。结果表明布水槽的长度对压降影响较小，而布水槽宽度对压降影响较明显，考虑了速度云图、剪切应力分布图、速度矢量图以及部分截面速度分布图后，认为布水槽长度一定的情况下，选择较宽的布水槽有利于流体湍动，强化传质过程，本文中选择布水槽宽度为4mm为宜;隔板长宽比增加会导致压降增大，而从速度矢量图、剪切应力分布图以及部分截面速度分布图，可以看出随着长宽比的增加，流场中湍动也在加强，但是死区范围并不随着长宽比的增加而逐渐减小，因此，实际应用中根据需要选择适宜的长宽比，文中较适宜的隔板长宽比为1∶0.52。
　　本文的研究可以使我们了解电渗析器内部流场随隔板构型的变化情况，希望可对电渗析器的设计、优化和改造提供一定的参考，为企业的节能与利润的提高有一定的意义。

目录

声明

摘要

第一章 电渗析技术及其应用简介

1．1 电渗析技术的简介

1．1．1 电渗析过程的技术原理

1．1．2 电渗析技术的发展现状及进展

1．1．3 电渗析技术面临的问题

1．2 电渗析器简介

1．2．1 电渗析器的结构

1．2．2 隔板的简介

1．3 本文研究工作的意义

第二章 计算流体力学简介

2．1 计算流体力学(CFD)概述

2．2 流体动力学问题求解

2．2．1 流动模型

2．2．2 控制方程离散化

2．2．3 网格划分

2．2．4 边界条件

2．2．5 流场数值计算

2．2．6 湍流模型

第三章 电渗析器中隔板网丝通道的流体力学模拟

3．1 模型构建及网格划分

3．1．1 模型构建

3．1．2 网格划分

3．2 结果与讨论

3．2．1 雷诺数对流场中压降的影响

3．2．2 隔板网丝夹角对流场中压降的影响

3．2．3 隔板丝角度对流场中速度分布的影响

3．2．4 操作条件和隔板丝角度对流场巾剪应力分布的影响

3．3 本章小结

第四章 隔板尺寸对电渗析过程的影响

4．1 模型构建及边界条件

4．1．1 模型构建

4．1．2 边界条件

4．2 结果与讨论

4．2．1 布水槽尺寸变化对流体流动行为的影响

4．2．2 隔板长宽比变化对流体流动行为的影响

4．3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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