【摘要】：膜分離過(guò)程中的膜污染是顆粒在膜表面(或膜孔道內(nèi))的可逆或不可逆沉降過(guò)程造成的。顆粒沉降是一個(gè)受力的影響、從遠(yuǎn)程至近程的整體連續(xù)過(guò)程,因而顆粒受力分析是流場(chǎng)中顆粒運(yùn)動(dòng)研究的核心問(wèn)題之一,也是理解和認(rèn)知膜污染機(jī)制的關(guān)鍵。本文以超濾和納濾錯(cuò)流過(guò)濾過(guò)程中顆粒的運(yùn)動(dòng)和沉降為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)超濾和納濾過(guò)程中的顆粒受力分析,解析了顆粒垂直方向和水平方向主要受力特征。構(gòu)建了顆粒受力的用戶自定義函數(shù)(User Defined Function,UDF),并與計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)中的離散相模型(Discrete Phase Modeling,DPM)耦合,設(shè)置模擬參數(shù)和邊界條件,確定了系統(tǒng)的模擬方法。通過(guò)對(duì)超濾和納濾過(guò)程中的膜通量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和模擬分析,獲得了準(zhǔn)確可靠的CFD模擬膜通量模型。對(duì)不同工況下顆粒沉降情況進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果一致,均為跨膜壓差越大,錯(cuò)流速度越小時(shí),顆粒沉降概率越大,過(guò)濾初期顆粒沉降情況對(duì)過(guò)濾總體沉降情況影響顯著。相同工況條件下,超濾實(shí)驗(yàn)中顆粒沉降概率在32%-42%之間,模擬概率在34%-42%之間。納濾實(shí)驗(yàn)中顆粒沉降概率在8%-15%之間,模擬概率在7%-13%之間,表明CFD模擬顆粒沉降結(jié)果較準(zhǔn)確。建立了顯微粒子圖像測(cè)速(Micro-Particle Image Velocimetry,Micro-PIV)可視化錯(cuò)流過(guò)濾系統(tǒng),對(duì)分布在流場(chǎng)中的顆粒進(jìn)行高速拍照。通過(guò)對(duì)顆粒速度和流場(chǎng)進(jìn)行分析,表明可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果較吻合,CFD可準(zhǔn)確模擬本系統(tǒng)流場(chǎng)。基于準(zhǔn)確的模擬結(jié)果,進(jìn)一步考察了顆粒性質(zhì)與操作條件對(duì)顆粒受力與沉降概率的影響,對(duì)膜污染的關(guān)鍵因子進(jìn)行識(shí)別,確定了不同工況下膜表面顆粒沉降概率函數(shù),形成有針對(duì)性地膜污染控制策略,包括改變料液性質(zhì)、優(yōu)化操作條件等。最終為實(shí)驗(yàn)和膜組件的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù),對(duì)膜污染的研究起較好的指導(dǎo)作用。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

吸泵抽至錯(cuò)流過(guò)濾膜組件，二者之間連接進(jìn)水流量和壓力，，料液從膜組件流出后，記錄回流水流量，兩個(gè)流量計(jì)均連接到記；另一部分出水連接至電子天平和電腦以膜出水?dāng)?shù)據(jù)采集錄儀壓力表微小渦輪流量計(jì)平板膜裝置
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X703

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本文編號(hào)：2689605