湍流促进器对平板膜分离过程影响的研究

摘要

渗透汽化(Pervaporation)作为一种新兴的膜分离过程已广泛应用于环境治理,地下水净化,食品生产中风味物质的回收等分离领域。渗透汽化分离过程的传质推动力为膜两侧组分蒸汽压差,为降低浓差极化提高传质通量,可采用带有湍流促进器的膜组件。膜通道内安装湍流促进器可对边界层造成扰动从而降低浓差极化。计算流体力学软件CFD已广泛应用于膜组件内流体流动及传质过程的模拟。利用CFD软件可得到流道内流体速度分布、剪切应力分布和压强分布。
　　本模拟采用CFD软件FLUENT14.0及网格生成软件Gambit2.4.6。对平行排布的长方体湍流促进器存在的长方体流道进行二维模拟及三维模拟。湍流促进器在流道内采用两种不同的排布方式。首先对无湍流促进器的空流道进行流场和传质模拟,模拟结果显示,空流道内有速度边界层和浓度边界层存在,浓度边界层是影响传质的重要因素。对湍流促进器存在的流道的模拟集中在压降和壁面剪切应力两方面。由于湍流促进器的存在,膜组件壁面剪切应力出现波动,同时压降增大。剪切应力的大小与传质通量呈正相关,剪切应力的波动可增大传质,但压降的升高会造成能量损失的增大。改变湍流促进器的尺寸、进口速度,壁面剪切应力、压降也随之改变。对比两种不同排布方式的湍流促进器,结果表明,湍流促进器均位于流道中央时壁面剪切应力和压降更大。为增强传质效果,本文引进了一种新型湍流促进器,模拟结果显示,新型湍流促进器较原湍流促进器可更好的提高壁面剪切应力。
　　建立存在一层及两层网状湍流促进器的流道的三维模型,并对流道内壁面剪切应力和压降进行分析。结果显示,由于障碍物的存在,壁面剪切应力和压强产生了波动。隔网的排布对壁面剪切应力和压降有很大的影响。考察了隔网的夹角对壁面剪切应力和压降的影响。模拟结果显示,流道内存在一层网状障碍物较存在二层网状障碍物时流道内壁面剪切应力更大,但同时产生的较高压降影响了其应用。

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第一章 文献综述

1.1背景意义

1.2渗透汽化研究现状

1.3湍流促进器强化传质研究

1.4本文研究内容及意义

第二章 长方体湍流促进器的模拟

2.1模型及边界条件

2.2结果分析

2.3 本章小结

第三章 新型湍流促进器的模拟

3.1模型及边界条件

3.2结果分析

3.3 本章小结

第四章 网状湍流促进器的3D模拟

4.1模型及边界条件

4. 2结果分析

4.3本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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