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1、中空纖維式滲透汽化膜內(nèi)流動(dòng)的中空纖維式滲透汽化膜內(nèi)流動(dòng)的CFD模擬模擬CFDsimulationoftheflowinthehollowfiberpervapationmembrane學(xué)科專業(yè):制藥工程研究生:卞銳指導(dǎo)教師:許松林副研究員天津大學(xué)化工學(xué)院二零一三年六月摘要滲透汽化是一種新興的膜分離技術(shù),目前對(duì)中空纖維式滲透汽化膜的研究主要集中于膜的制備條件的優(yōu)化,以及通過分離某一特定物系驗(yàn)證膜的性能,基本沒有涉及到對(duì)中空纖維式滲透汽化膜
2、內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的研究。本文采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)中空纖維式滲透汽化膜進(jìn)行數(shù)值模擬,直觀的展示出膜內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化,為中空纖維式滲透汽化膜的實(shí)際操作和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了參考。通過建立二維模型對(duì)速度場(chǎng)進(jìn)行模擬,結(jié)果表明中空纖維式滲透汽化膜的入口處,具有一小段入口過渡段長(zhǎng)度,在過渡段內(nèi),膜中心的速度逐漸增大,靠近壁面處流體的速度逐漸減少,最終達(dá)到一種穩(wěn)定層流。膜內(nèi)的壓力沿著管長(zhǎng)增加的方向逐漸降低,并隨著入口速度的增大而增加。壁面剪切應(yīng)力沿著
3、管長(zhǎng)增加的方向迅速減小,然后穩(wěn)定。壁面處存在溫差極化邊界層,隨著入口速度的增加,邊界層變薄,有利于膜內(nèi)傳質(zhì)的進(jìn)行。當(dāng)進(jìn)料采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94%的乙醇溶液時(shí),通過對(duì)不同入口速度時(shí)傳質(zhì)的模擬,結(jié)果表明沿著管長(zhǎng)增加的方向,乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大,在靠近管壁處存在濃差極化。隨著入口速度的增加,出口處乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),在入口速度0.4ms時(shí),出口處乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最大值。通過對(duì)不同管徑的中空纖維式滲透汽化膜研究,結(jié)果表明管徑越小,
4、壓降越大,壁面剪切應(yīng)力主要與管徑有關(guān)。對(duì)進(jìn)料中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94%的乙醇溶液進(jìn)行傳質(zhì)分離,結(jié)果表明管徑越小,膜分離性能越大,在固定長(zhǎng)徑比的情況下,出口處乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著管徑的增加,呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),在管徑1.0mm時(shí),出口處乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最大值。在三維模擬中,研究了三維模型中的流場(chǎng)分布,流動(dòng)特征與二維模型一致,三維模擬的壓降和壁面剪切應(yīng)力略大于二維模擬結(jié)果,但是兩者誤差很小,這也證明了2D模擬的準(zhǔn)確性。在中空纖維式滲透汽化膜組件的模
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