渗透汽化膜组件的模拟与设计及其级联计算软件的开发

摘要

膜分离技术是近三十多年来发展起来的高新技术，是多学科交叉的产物，对于解决能源紧张、资源短缺和环境污染等矛盾发挥着重大作用。渗透汽化是用于液(气)体混合物分离的一种新型膜技术，它是在液体混合物中组分蒸汽分压差的推动下，利用组分通过致密膜溶解和扩散速度的不同实现分离的过程，其突出优点是能以低能耗实现蒸馏、萃取和吸收等传统方法难以完成的分离任务。 介绍利用FLUENT软件，通过编写UDF接口程序定义和调整必要的参数和方程，针对渗透汽化膜组件建立起描述渗透汽化膜传递的简化计算模型，计算得到模拟结果。引用国外学者CFD模拟和UCT实验的对照结果，说明该模型的正确性和CFD模拟的重要意义。结合模拟结果和其它设计经验，简述不锈钢板框式渗透汽化膜分离装置的设计。 以组分透过膜的渗透通量方程和级联过程中的物料和热量的平衡关系等为基础，建立起渗透汽化级联计算模型，结合软件开发平台VisualC++的优秀性能，采用面向对象和基于自动化的高级软件技术开发了渗透汽化级联计算软件。软件能进行三种计算，可有效用于醇-水混合物等二元体系的渗透汽化膜分离工业设备的设计和实际应用。 软件具有良好的通用性，适用于WindowsXP/2000/NT等操作系统；稍作修改即可用于板框式以外的中空纤维、管式、螺旋卷式等各种类型的渗透汽化装置。软件拥有友好的Windows通用软件界面，并具有丰富的提示信息和帮助信息。框架稳定，很容易通过类的派生和继承等扩展软件的功能。采用DLL技术，可以实现对软件知识产权的保护。利用自动化技术，实现数据输出并自动保存为EXCEL文件。 软件计算速度快，数据结果较为准确，包括输入参数、级联级数、每一级的物料组成和温度，以及需要设置加热器的位置。实践证明软件可以替代繁复的手工计算，并具有渗透汽化知识的指导和教学意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1渗透汽化概述

1.1.1基本原理

1.1.2特点与优势

1.1.3膜性能评价指标

1.2渗透汽化膜传质机理及影响膜分离性能的因素

1.2.1膜传递过程理论简述

1.2.2经验模型

1.2.3溶解扩散模型

1.2.4孔流模型

1.2.5虚拟相变模型

1.2.6串联阻力溶解扩散传质模型

1.3影响膜分离性能的因素

1.4国内外研究应用状况

1.4.1国外研究应用的历史进展

1.4.2国内研究应用状况

1.4.3渗透汽化过程模拟的进展

1.5本课题的研究意义和目标

第二章流体计算力学及程序开发语言

2.1计算流体动力学简介

2.2 Fluent软件及其UDF接口

2.3 C++语言介绍

2.3.1面向对象的语言

2.3.2面向对象的方法

2.3.3面向对象的软件开发

2.4Visual C++开发平台

2.5动态连接库

2.6自动化技术简介

2.6.1 COM与自动化

2.6.2 C++与VBA之间的连接

2.6.3自动化客户和自动化组件

2.6.4属性、方法和集合

2.6.5 VALIENT类型及ColeValient类

第三章渗透汽化过程的模拟与设计

3.1 CFD计算模型的建立

3.2 Fluent模拟的具体实现

3.2.1几何模型及网格划分

3.2.2C语言代码的编写

3.2.3读入并设置case文件

3.2.4注释C语言代码

3.2.5 UDF在Fluent中的激活

3.2.6其他设置及开始计算

3.3管式陶瓷渗透汽化膜组件CFD与UCT结果的比较

3.4板框式渗透汽化膜组件CFD模拟结果

3.5渗透汽化膜组件种类

3.6不锈钢板框式渗透汽化膜组件的设计

3.7渗透汽化级联计算模型

3.7.1渗透汽化膜分离过程

3.7.2膜排列方式及加热方法

3.7.3渗透汽化级联计算基础

第四章渗透汽化级联计算软件的设计实现

4.1软件系统的UML建模

4.2类的实现

4.3文档/视图与程序框架

4.4软件系统的界面介绍

4.5软件加密动态连接库的实现

4.6数据保存模块的实现

第五章软件应用及分析

5.1软件的基本应用及分析

5.2软件的扩展应用及分析

5.2.1各种加热方式的比较

5.2.2温度对渗透汽化过程的影响

5.2.3膜后侧压力对渗透汽化的影响

5.2.4料液组成对渗透汽化过程的影响

第六章总结与展望

6.1工作总结

6.2展望

参考文献

致 谢