中空纤维超滤膜错流过滤膜污染的CFD模拟

作者:慕杨;李伟英;张骏鹏;亓万琦;华伟;向嫄;刘瑶; 刊名:给水排水 上传者:张利明

【摘要】利用有限元分析软件Comsol Multiphsics中的自由流动、达西定律以及物质传递耦合膜阻力公式,建立中空纤维膜的膜污染计算流体力学(CFD)模型,并通过实验室小试对模型参数进行了修正.结果表明,过滤初期,膜通量的快速下降是由于污染物质吸附作用在膜表面快速累积而引起的,随后,由于污染物质吸附达到动态饱和,同时滤饼层尚未形成,总阻力系数增长缓慢,因而通量下降亦较缓慢;最后,随着过滤的进行,已累积的污染物质在膜表面分布趋于均匀,滤饼层基本形成,此阶段通量下降较为明显.模型可准确地预测中空纤维超滤膜膜通量的变化,解析膜内污染物质浓度分布及其浓差极化层厚度动态变化,为研究膜内物质浓度分布可视化提供手段.

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中空纤维超滤膜错流过滤膜污染的 C F D模拟 慕 杨 李伟英 张骏鹏 亓万琦 华 伟。 向 螈 刘 瑶 (1同济大学环境科学与工程学院,上海 200092;2同济大学长江水环境教育部重点实验室 ,上海 200092; 3华衍水务有限公司,苏州 215200;4学而思教育信息咨询有限公司,上海 200030) 摘要 利用有限元分析软件 Comsol Multiphsics中的 自由流动、达西定律以及物质传递耦合膜 阻力公式 ,建立中空纤维膜的膜污染计算流体 力学(CFD)模型 ,并通过 实验 室小试对模 型参数进行 了修正。结果表 明,过滤初期 ,膜通量 的快速 下降是 由于污染物质吸附作用在膜表 面快速 累积 而引 起 的,随后 ,由于污染物质吸附达到动态饱和 ,同时滤饼层 尚未形成 ,总阻力系数增长缓慢 ,因而通量 下降亦较缓慢 ;最后 ,随着过滤的进行 ,已累积的污染物质在膜表面分布趋于均匀,滤饼层基本形成 , 此阶段通量下降较为明显。模型可准确地预测 中空纤维超滤膜膜通量的变化 ,解析膜 内污染物质浓 度分布及其浓差极化层厚度动态变化 ,为研 究膜 内物质浓度分布可视化提供手段 。 关键词 中空纤维超滤膜 膜污染 计算流体力学 膜通量 膜 阻力 CFD modeling of membrane fouling in hollow fiber ultrafiltration mem brane under CROSS-flOW filtration M u Yang ,Li W eiying ,Zhang J unpeng ,Qi W anqi ,Hua W ei3,Xiang Yuan ,Liu Yao (j.College of Environmental Science and Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China; 2.Key Laboratory of Yangtze River Water Environment,Ministry of Education, Tongji University,Shanghai 200092,China;3.Hua Yah Water Co.,Ltd.,Suzhou 215200,China; 4.Xue Er Si Education and Consult Co.,Ltd.,Shanghai 200030,China) Abstract:Acomputational fluid dynamics(CFD)model was established to describe membrane fouling in hollow fiber membrane,by coupling free flow equation,Darcy law and membrane resistance-coupled ITIaSS transfer formula in the finite element analysis software Comsol Multiphsics.The model parameters were cali— brated with data from lab scale experiments.The results showed that in the initial stage of filtration,the rapid decline of filtration flux was due to the

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