中空纖維膜分離器件傳質(zhì)特性及強(qiáng)化傳質(zhì)研究.pdf

1、中空纖維膜組件由于其具有很多其他膜分離器件所不具有的優(yōu)點(diǎn)，如重量輕體積小、單位體積有效傳質(zhì)面積大，近年來成為研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。本文對中空纖維膜分離器件的傳質(zhì)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，并且討論了振動工況下中空纖維膜分離器件的傳質(zhì)強(qiáng)化效果，最后結(jié)合場協(xié)同理論進(jìn)行了分析。
　　本文首先運(yùn)用MATLAB模擬軟件對中空纖維管隨機(jī)分布、管徑大小符合正態(tài)分布時纖維管外表面恒定濃度的管外傳質(zhì)進(jìn)行了有限元分析。結(jié)果表明中空纖維管在透析器內(nèi)的隨機(jī)分布會導(dǎo)致

2、管外流動產(chǎn)生溝流現(xiàn)象，纖維管的位置分布對流動產(chǎn)生較大影響，流場的不均勻分布會導(dǎo)致傳質(zhì)的不均勻，局部填充密度大則傳質(zhì)更徹底，對流傳質(zhì)的作用更加明顯;在本文研究的填充密度內(nèi)，隨著填充密度的增大，中空纖維膜分離器件的分離效果越好，傳質(zhì)進(jìn)行的越充分，填充密度依然是影響其傳質(zhì)進(jìn)行程度的主要因素;σ取為0值時中空纖維膜組件的傳質(zhì)性能最差，隨著σ值的增大Shlm，最大值和最小值偏離平均值的程度越來越大，但是當(dāng)σ值為0.05時除外。因此，因此本文推測存

3、在一個最優(yōu)的σ值使得中空纖維膜組件的傳質(zhì)性能相對穩(wěn)定。
　　為提高中空纖維膜組件的傳質(zhì)效率，避免出現(xiàn)濃差極化，運(yùn)用計算流體力學(xué)軟件FLUENT動網(wǎng)格技術(shù)，研究了振動特性對中空纖維膜組件管外傳質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明:與靜止的工況下相比，振動能夠強(qiáng)化傳質(zhì)，避免了濃差極化現(xiàn)象的出現(xiàn)，并且隨著振動頻率和振幅的增大，傳質(zhì)效果越好，Sh數(shù)越大，但是增大振幅對于強(qiáng)化傳質(zhì)的效果不如提高振動頻率的效果好。
　　本文最后結(jié)合場協(xié)同理論分析了中空

4、纖維膜組件在振動工況下的傳質(zhì)特性。振動工況下的平均場協(xié)同角余弦值明顯高于不振動的工況下的平均場協(xié)同角余弦值。隨著振動頻率的增加，平均場協(xié)同角余弦值也不斷增大，但是增大的趨勢有所減緩?？梢?，一直增大振動頻率并不能使得中空纖維管膜組件的傳質(zhì)性能線性增強(qiáng)。增大振動頻率下的場協(xié)同角余弦值明顯大于增大振幅下的場協(xié)同角余弦值。平均傳質(zhì)場協(xié)同數(shù)隨雷諾數(shù)的增加而減小。隨著流體的速度越大，振動對中空纖維膜組件內(nèi)流體的速度方向的影響越小，速度場與濃度梯度場