管式膜流體動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、管式膜具有流道寬、不易污染、易于清洗、對(duì)料液的預(yù)處理精度要求低等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在液體分離領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。尋找減少和消除膜過(guò)濾過(guò)程中濃差極化和膜污染的方法，強(qiáng)化膜過(guò)濾過(guò)程，一直是膜領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。因此對(duì)膜過(guò)濾過(guò)程的流體動(dòng)力學(xué)研究非常重要。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)、CFD和基本理論公式三種方法對(duì)管式膜過(guò)濾過(guò)程進(jìn)行了流體力學(xué)研究。
　　首先，自制管式膜組件，并搭建試驗(yàn)臺(tái)。建立純水在管式膜過(guò)濾過(guò)程的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，對(duì)膜組件行進(jìn)80kPa恒定壓力、七

2、種不同流量和1000L/H恒定流量、五種不同壓力的過(guò)濾過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算分析，揭示了內(nèi)部的流動(dòng)特性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。分析結(jié)果表明:流量越大對(duì)膜內(nèi)壁面的沖刷能力更強(qiáng)、渦旋擾動(dòng)更劇烈、滲透流量更大、跨膜壓差也更大，膜管內(nèi)隨著軸向距離的增加壓力呈線(xiàn)性減小的趨勢(shì)，壓力值線(xiàn)性減小的斜率k隨著流量Q(l/h)的增加而減小、基本符合K=-0.0125Q的關(guān)系。徑向速度和滲出水量隨著出口壓力的增大明顯增大，壓力增加比流量增加更能增加濾

3、過(guò)水量。
　　第二，對(duì)8mm和12.8mm兩種不同膜管直徑的膜組件進(jìn)行了同流速對(duì)比計(jì)算分析，結(jié)果表明:直徑越小湍動(dòng)能和壓力越大，在相同濾過(guò)水量的情況下，消耗更少的能源。直徑越小軸向速度在近壁面區(qū)域和膜管中心區(qū)域相差越小，壓力值線(xiàn)性減小的斜率越大。
　　第三，通過(guò)實(shí)驗(yàn)、管中流動(dòng)基本理論方程、利用多孔介質(zhì)模型模擬膜管的CFD研究和將膜管看成無(wú)滲透壁面的CFD研究四種方法，來(lái)對(duì)管式膜組件進(jìn)行壓力特性的分析。結(jié)果表明:理論公式計(jì)算和

4、無(wú)滲透壁面CFD分析值比較接近。而實(shí)驗(yàn)值和多孔壁面CFD分析值更接近。所以本文所建的理論模型更適合對(duì)管式膜組件的過(guò)濾過(guò)程進(jìn)行研究，將膜管看成無(wú)滲透的壁面進(jìn)行研究會(huì)產(chǎn)生更大的誤差。
　　最后，通過(guò)對(duì)相同的入口速度和出口壓力，五種不同的滲透阻力系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果表明:滲透阻力系數(shù)越小其濾過(guò)水量越大，軸向速度、湍動(dòng)能和壓力值越小。隨著軸向距離的增加，不同滲透阻力系數(shù)下的軸向速度、湍動(dòng)能和壓力值的差值會(huì)越來(lái)越大。由于濾過(guò)水量增大，徑向