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《大连理工大学》 2013年
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螺旋膜组件流动与传质特性研究

王冠  
【摘要】:膜分离技术由于具有能耗低、分离效率高、装置简单紧凑、适用范围广且可在常温下进行等优点,已广泛应用于石油化工、医药、食品、电子、生化、环境和人民生活等领域。膜组件是膜分离技术的核心,膜组件的性能决定着整个膜分离过程的效率。对新型膜组件的研究是研究热点之一,本文对一种新型螺旋膜组件的流动和传质性能进行了研究,主要包括以下内容: (1)建立了一套螺旋膜组件的过滤实验装置,通过过滤碳化硅悬浊液研究了螺旋膜组件的性能。在曝气量为0.10m3/h时,螺旋膜组件稳定过滤通量比平板膜组件增加45%。对过滤阻力进行分析表明:螺旋膜组件过滤总阻力比平板膜组件平均低20%,滤饼层阻力是过滤的主要阻力,占到过滤总阻力的60%以上,堵塞阻力占总阻力的20%左右。实验测得螺旋膜组件平均传质系数比平板膜组件增加43%,膜污染指数降低55%,螺旋膜组件的抗污染性能优于平板膜组件。 (2)运用流体力学软件Fluent中的多相流VOF模型对螺旋膜组件进行了全尺寸三维数值模拟,得到了速度分布、湍流动能分布、压力分布、膜面剪切力分布和气含率分布。计算结果表明:螺旋膜过滤器内有涡的出现,随着螺旋角度的增加,涡在过滤器内分布更广;膜面剪切力比平板膜大,分布范围更广,平均剪切力增加了123%。螺旋膜组件增加了气泡、液体和膜面的相互作用,增加了气泡和膜面的碰撞频率,改变了气泡的运动轨迹,改善了气液混合程度,传质效果增强。 (3)运用粒子图像测速仪(PIV)对螺旋膜过滤器内的流场进行了测试,得到了速度矢量图,并由速度矢量图得到了流线图和涡量分布图,通过计算得到了膜面剪切力值,和模拟结果进行对比,实验结果和模拟结果吻合良好。在PIV测试区域,0°膜时形成一个大的环流,螺旋膜时有涡的出现,且270°时涡尺寸最大,随着螺旋角度的增加,膜面流速降低,但和膜面夹角增大。螺旋膜比平板膜的涡量统计参数大,且涡量绝对值平均值比平板膜平均增大145%,螺旋膜涡量范围分布更广。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TQ021

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【参考文献】
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