卷式膜组器结构的优化设计

摘要

卷式膜组器的几何结构对组器内的流体流动和膜通量有着重要的影响。在卷式膜组器中,计算流体力学(CFD)方法被有效地用来研究和模拟流体的流动。在纳滤和反渗透分离过程中,膜通量与进料液流量相比过小,膜通常处理为非渗透的壁面。然而,在超滤卷式膜组器中,较大的膜通量对流体流动有着重要的影响,超滤膜的渗透性不可忽略。在超滤卷式膜组器的三维流道中,研究了流体流动对膜通量和压降的影响。此时,超滤膜处理为多孔性的壁面并利用了FLUENT中的K-ε湍流模型。该论文研究了两种型式的流道:平行流道和菱形流道。在平行流道中,研究了网丝直径、网丝形状以及横向网丝间距对流体流动的影响；在菱形流道中,研究了网丝直径和网丝形状对流体流动的影响。另外,为对超滤卷式膜组器进行优化设计,对组器内膜通量与能耗之间的关系进行了讨论。
　　 在网丝直径不同的五种平行流道中,上下网丝直径均为0.30mm的流道是较好的流道。对于横向网丝间距不同的三种平行流道,在压降损失相同时,横向网丝间距为2mm的流道与另外两种流道相比,具有较好的膜通量。在网丝形状不同的三种平行流道中,正方形是较好的网丝形状。
　　 在网丝直径不同的三种菱形流道中,网丝直径为0.10mm的流道是较好的流道。在网丝形状不同的三种菱形流道中,推荐圆形网丝用于流道的优化设计,因为它具有较好的膜通量。

目录

文摘

英文文摘

Contents

第一章 绪论

1.1 膜分离技术概况

1.1.1 膜的基本概念

1.1.2 膜分离技术的简史及现状

1.2 膜分离技术的分类及其重要应用

1.2.1 膜的种类

1.2.2 膜分离技术的原理

1.2.3 主要的膜分离过程

1.2.4 膜分离过程的应用

1.3 膜分离设备

1.3.1 板框式膜组器

1.3.2 卷式膜组器

1.3.3 管式膜组器

1.3.4 中空纤维式膜组器

1.3.5 各种膜组器的比较

1.4 流体力学的研究方法

1.5 计算流体力学(CFD)的基本原理

1.5.1 质量守恒方程

1.5.2 动量守恒方程

1.5.3 能量守恒方程

1.5.4 组分质量守恒方程

1.6 计算流体力学的工作步骤

1.7 CFD软件结构、功能及特点

1.8 CFD技术在卷式膜组器优化设计方面的具体应用

1.9 选题的意义及主要研究内容

1.9.1 选题的意义

1.9.2 论文的主要研究内容

第二章 模拟方法

2.1 模拟软件

2.2 模拟步骤

2.2.1 几何模型的建立及网格的划分

2.2.2 求解器的选择

2.2.3 读入网格并检查网格质量

2.2.4 求解方案的选取

2.2.5 定义物理模型

2.2.6 定义流动流体性质

2.2.7 定义边界条件

2.2.8 调整计算控制参数

2.2.9 保存算例文件并开始计算

2.2.10保存计算结果

2.3 模拟内容

第三章 平行流道中网丝直径对流体流动的影响

3.1 平行流道的几何模型

3.2 网格划分后的平行流道几何模型

3.3 平行流道的雷诺数

3.4 平行流道的剪切应力

3.5 平行流道的压力和速度分布

3.6 膜通量与压降的关系

3.7 小结

第四章 平行流道中横向网丝间距对流体流动影响

4.1 平行流道的几何模型及网格划分

4.2 平行流道的雷诺数

4.3 平行流道的速度和剪切应力分布

4.4 平行流道的压力分布

4.5 膜通量与压降的关系

4.6 小结

第五章 平行流道中网丝形状对流体流动的影响

5.1 隔网网丝几何模型

5.2 平行流道的雷诺数

5.3 平行流道中壁面的剪切应力

5.4 平行流道的压力和速度分布

5.5 膜通量与压降的关系

5.6 小结

第六章 菱形流道中网丝直径对流体流动的影响

6.1 菱形流道的几何模型

6.2 菱形流道的计算模型及网格划分

6.3 菱形流道的雷诺数

6.4 菱形流道的壁面剪切应力

6.5 菱形流道中上层膜面的压力和速度分布

6.6 膜通量与压降的关系

6.7 小结

第七章 菱形流道中网丝形状对流体流动的影响

7.1 菱形流道的几何模型及网格划分

7.2 菱形流道的雷诺数

7.3 菱形流道的壁面剪切应力

7.4 菱形流道的速度和压力分布

7.5 膜通量与压降的关系

7.6 小结

第八章 结论

参考文献

致谢

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