沈亮[1]2002年在《外旋流膜器压力场及微滤机理的实验研究》文中认为外旋流管式微滤膜器是一种新型的利用离心力场作用强化渗透通量的装置。待分离的悬浮液从切向流入膜器，在膜管和膜器壳的环隙间形成高速旋转的十字流，能有效克服浓差极化和膜污染现象的不利影响。本文首次对这种装置中流体的压力场进行实测，并结合渗透通量的实验，系统的研究了该种膜器的分离机理。 首先，建立了新的实验系统，同时完成测压和测通量的实验。通过改变料液浓度和料液进口操作压力，探索不同工况下压力场和通量的变化。完成同种工况下外旋流和外轴向流式十字流微滤效果的对比实验。 其次，分析实验数据，发现环隙剖面压力沿径向呈鞍型分布，靠近膜管和外壳内表面处较大，沿轴向递增，而不计重力场时略有下降的规律，提出膜器最大有效长度的概念；环隙纵截面上有类似泰勒涡的旋涡存在，导致压力在径向和轴向都有波动；操作压力和浓度的增大均造成压力场增大，但递增的幅度越来越小。 第叁，建立渗透通量的稳态经验模型和动态衰减模型两个新模型，前者将影响渗透通量的因素归纳成膜器进口雷诺数和欧拉数等重要的无因次数群，提出了具体的公式，为模器放大设计奠定基础；后者是一个幂函数模型，比原有的线性模型更贴近渗透通量随时间变化的实际过程。利用实验结果分别对这两个通量模型进行了验证，最大偏差分别为13.9％和30％。 最后，通过对流场中颗粒的运动及受力分析，得出通量和压力降一定时，旋流中的颗粒不进入膜面边界层和不在边界层内沉积的粒径范围，推导了由膜面压力和通量求解污染层阻力的公式。求解出各工况下的污染层阻力，综合膜面压力和通量的实验结果，发现料液浓度和操作压力的增加使流体压力场增加、同时也使污染层阻力增加，但由于二者变化的幅度不同，造成渗透通量在浓度增加时急剧减小、而在操作压力增加时缓谩增加的不同结果。 总之，外旋流式微滤是对传统十字流过滤的一种强化，尤其适用于低压操作条件，浓度在0刀5％以下悬浮液的分离。
徐菡[2]2003年在《外旋流微滤膜器环隙内流场的数值模拟及膜器分离性能研究》文中认为微滤也称微孔过滤，是以压力为推动力，以选择性屏障(膜)为分离介质，服从筛分原理的分离过程。在化工、医药、食品等领域都有广泛的应用，是一项极具市场潜力和经济价值的新兴技术，但浓差极化和膜污染是制约微滤技术进一步发展和应用的两大难题。外旋流式膜器巧妙地将水力旋流器的原理与管式膜器微滤相结合，是一种新的强化微滤的膜器结构，目前对其膜器环隙内的流场分布及分离性能研究均处于起步阶段，且都以实验研究为主。本文采用数值计算的方法首次对层流范围内膜器环隙内的流场进行数值模拟，从理论的角度分析其流场分布的细节和特点，与前人的实验研究结果和外轴向流微滤进行比较，分析外旋流强化微滤的机理，对膜器优化设计提供理论依据。 (1)对外轴向流和外切向流两种方式下膜器环隙内流场进行变参数数值实验，作出流场及切应力的分布规律，分析无颗粒沉积时层流条件下流动结构对过滤通量的影响，认为：采用外旋流的方式将对膜面压力有削弱作用，但并不明显。而在实际微滤中，其向上凸的膜面切应力沿轴向的分布则有利于减小颗粒在膜面的沉积。 (2)采用正交回归实验，在无颗粒沉积的理想情况下，建立基于层流数值解的膜器跨膜压力损失模型、过滤通量模型、过膜器的压力损失模型和膜器过滤效率模型，首次从通量、能量损失及膜器对料液的处理能力等叁个方面，更全面地对外旋流方式下的微滤过程进行了描述。 (3)综合分析了在无颗粒沉积的理想情况下，流动参数、结构参数对微滤效果的影响情况，发现各参数对微滤效果的影响复杂，在膜器优化设计时必须综合考虑各因素而适当选取，且微滤效果的提高是以过膜器压力损失的增大为代价的，从而从理论上对实际微滤过程中观察到的通量随操作压力的增大而增大的现象做出了解释。 (4)通过颗粒受力分析，推导出外旋流方式下颗粒不沉积膜面的条件和已沉积颗粒沿膜面滚动的条件，认为从减小颗粒的沉积到促使已沉积颗粒沿膜面的滚动等方面，外旋流方式相对外轴向流较容易实现，当膜面上所有点上都满足上述条件时，在膜面上将无滤饼或形成一阻力较小的动态滤饼层。且为保证膜器长时间连续过滤，并不一定要一味地追求大的通量值。 (5)对环隙内涡的形成及其对微滤的影响进行了初步的定性分析，认为当环隙内流速达到一定程度时，在环隙纵剖面上会有涡的出现，涡的产生对颗粒的沉积和运动都有较大影响，可减小甚至防止滤饼的生成，从而起到强化微滤的作用，但为减小或防止环隙内出现低压区等对微滤不利的因素，切向速度的选取也存在最佳值的问题。 总之，在层流条件下，对于纯净水的微滤，外旋流的方式对微滤通量的影响并不显着。但对于悬浮液，外旋流中流体的旋转确实起到了强化微滤的作用。同时也需指出的是，为使外旋流的方式较好地达到强化微滤的目的，建议采用一定流量下的湍流方式较为合适。
李莹[3]2007年在《旋转剪切流强化微滤膜器的性能研究》文中指出过滤通量随过程的进行而迅速减小是微滤应用中的难题，其原因主要是膜污染和浓差极化。目前，工业中常用的过滤强化方法有膜面改性、外加电场及超声场等，虽然效果明显，但往往结构复杂，能耗较高。旋转剪切流强化微滤膜器是水力旋流器与管式微滤膜器的完美结合，它既可以有效的解决上述难题，还具有结构简单，能耗小等优点，在工程领域具有广阔的应用前景。本文设计了一套利用旋流发生器产生流体旋转的旋转剪切流强化微滤膜器实验系统，从实验研究、理论计算及数值模拟叁个方面对其性能进行了全面的研究。在实验方面，分析了悬浮液浓度、入口和出口压力等操作参数以及叶片个数和旋流发生器级数等结构参数对过滤通量的影响。悬浮液浓度越高，过滤通量的衰减速度越快，稳态过滤通量越小。入口压力升高可以提高稳态过滤通量，但存在一个最佳值，超过此值时过滤通量反而减小。出口压力的提高，可小幅提高过滤通量。减少叶片个数和增加级数均可以提高旋转剪切流微滤膜器的过滤通量。与普通管式错流微滤膜器进行了对比分析，验证了旋转剪切流强化微滤膜器具有更高的过滤性能。在理论方面，首先利用因次分析法建立了稳态过滤通量的经验模型，将影响过滤通量的因素归纳成膜器的进口雷诺数和欧拉数等重要的无因次数群，推导出了具体经验公式，为膜器的放大设计奠定了基础；其次建立了过滤通量的动态衰减经验模型，它是一个幂函数模型，综合了进出口压力及悬浮液浓度的影响，较准确地描述了过滤通量随时间变化的实际过程。在数值模拟方面，利用流体力学分析软件，首次在旋转剪切流强化微滤膜器的CFD模拟中引入了多孔介质模型，较好的描述了过滤介质内部的传质过程及阻力损失。通过对膜器环隙内及过滤介质内部流场的数值模拟，对旋转剪切流强化微滤膜器的过滤机理进行了较为全面的研究。通过上述研究工作可知，这种旋转剪切流强化微滤膜器具有较高的过滤强化性能，并且入口流场均匀，剪切速率高、跨膜压差小、结构简单、能耗小，因此具有非常重大的工程应用价值。
王云峰[4]2013年在《旋流过滤器内部液固两相流场模拟研究》文中认为利用CFD软件Fluent，采用RNG k-ε模型对旋流过滤器内流场进行模拟，通过三维多孔介质模型和一维多孔介质模型的结合使用，得到了旋流过滤器的液固两相流场。改变操作参数和结构参数进行对比研究，得到以下结论：旋流过滤器内部的流动可以明显的分为四类流动形式，即内螺旋流，外螺旋流，循环流，过滤流。旋转流产生的离心力场是液固分离的主要动力。切向速度的大小、轴向速度的大小以及内旋流和外旋流的分界位置对旋流过滤器的液固分离效率具有决定性的影响。在边壁附近形成一个环带状的低压区，有利于固体颗粒的分离。随着入口流量的增加，旋流过滤器的液固分离效率不断提高，同时压降和过滤流量也不断提高。随着底流率的增加，旋流过滤器的液固分离效率不断提高，但压降和过滤流量也不断降低。随着锥角的增加，旋流过滤器的液固分离效率不断降低，同时压降上升，过滤通量下降。当多孔介质层阻力系数在一个数量级范围内增加时，旋流过滤器的液固分离效率基本不发生变化，而压降有非常微小的升高，过滤流量有大幅度的下降。随着固体颗粒粒径的增加，旋流过滤器的液固分离效率不断提高，对压降和过滤流影响不大。通过与水力旋流器的相比研究，旋流过滤器具有能耗低，效率高的优点。
参考文献：
[1]. 外旋流膜器压力场及微滤机理的实验研究[D]. 沈亮. 四川大学. 2002
[2]. 外旋流微滤膜器环隙内流场的数值模拟及膜器分离性能研究[D]. 徐菡. 四川大学. 2003
[3]. 旋转剪切流强化微滤膜器的性能研究[D]. 李莹. 大连理工大学. 2007
[4]. 旋流过滤器内部液固两相流场模拟研究[D]. 王云峰. 中国石油大学（华东）. 2013