SFMBR配置微通道湍流促進器流體動力學的CFD模擬和PIV測定.pdf

1、我國水資源短缺，加之人們對水資源的保護不夠，水資源的浪費和污染現(xiàn)象十分嚴重，進行污水處理和回用已迫在眉睫。膜生物反應器作為一種新型的高效水處理技術，具有出水水質(zhì)優(yōu)良、有機物去除率高、污泥產(chǎn)率低、占地面積小等優(yōu)點，日益受到國內(nèi)外研究者的關注，然而膜污染是制約膜生物反應器技術推廣與發(fā)展的技術難題。通過改善膜表面流體的流動狀態(tài)是控制膜污染和濃差極化的重要手段之一，湍流促進器在強化流體湍流程度，改善流體流動狀態(tài)方面效果明顯，目前國內(nèi)外的研究主要

2、是將湍流促進器直接配置在管式膜生物中，減小了有效膜面積，同時增大了膜生物反應器的占地面積，本文為了克服以上缺點，將微通道湍流促進器配置在平板膜表面上，同時在刺與刺之間加入微孔，增大膜的有效過濾面積。
　　通過CFD數(shù)值模擬微通道湍流促進器的不同放置方式、微通道湍流促進器上刺的形狀和角度、刺與刺之間微孔的孔徑以及膜間距對平板膜生物反應器中流體動力學參數(shù)的影響。模擬結(jié)果表明，加入微通道湍流促進器后，膜通道中流體的速度、湍流強度、湍流動

3、能、壁面剪切力、湍流耗散率和壓降都有所增大，即微通道湍流促進器對強化流體流動有很大作用，且沿膜面呈周期性變化，最大值出現(xiàn)在微通道湍流促進器附近。通過對比模擬數(shù)據(jù)，最終確定矩形微通道湍流促進器在膜面上雙面平行放置，矩形刺角度為60°，刺之間微孔半徑為0.3mm，膜間距為8mm對改善流體流動狀態(tài)效果最好。將最佳效果與不加微通道湍流促進器膜通道內(nèi)流體的動力學參數(shù)比較，發(fā)現(xiàn)膜通道內(nèi)流體的速度、湍流強度和壁面剪切力分別平均增大了22.7％，66.

4、1%，88.1%，湍流動能平均增大了11.7倍，這些參數(shù)增大更有利于抑制濾餅層形成，增大膜通量，延緩膜污染；膜通道內(nèi)流體湍流耗散率平均增大了10.9%，湍流耗散率平均增大了23.2倍，湍流流體湍流耗散率和壓降增大，說明膜生物反應器系統(tǒng)的能耗增大，但鑒于其對膜污染的有效作用，使用微通道湍流促進器還是利大于弊的。
　　運用PIV技術對CFD數(shù)值模擬的最佳結(jié)果進行實驗驗證。通過對CFD模擬計算的結(jié)果和PIV實驗結(jié)果對比，模擬計算結(jié)果和實