【摘要】：膜分離過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程造成的。顆粒沉降是一個受力的影響、從遠程至近程的整體連續(xù)過程,因而顆粒受力分析是流場中顆粒運動研究的核心問題之一,也是理解和認知膜污染機制的關(guān)鍵。本文以超濾和納濾錯流過濾過程中顆粒的運動和沉降為研究對象,通過對超濾和納濾過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。通過對超濾和納濾過程中的膜通量進行實驗和模擬分析,獲得了準確可靠的CFD模擬膜通量模型。對不同工況下顆粒沉降情況進行研究,發(fā)現(xiàn)實驗與模擬結(jié)果一致,均為跨膜壓差越大,錯流速度越小時,顆粒沉降概率越大,過濾初期顆粒沉降情況對過濾總體沉降情況影響顯著。相同工況條件下,超濾實驗中顆粒沉降概率在32%-42%之間,模擬概率在34%-42%之間。納濾實驗中顆粒沉降概率在8%-15%之間,模擬概率在7%-13%之間,表明CFD模擬顆粒沉降結(jié)果較準確。建立了顯微粒子圖像測速(Micro-Particle Image Velocimetry,Micro-PIV)可視化錯流過濾系統(tǒng),對分布在流場中的顆粒進行高速拍照。通過對顆粒速度和流場進行分析,表明可視化實驗結(jié)果與模擬結(jié)果較吻合,CFD可準確模擬本系統(tǒng)流場�；跍蚀_的模擬結(jié)果,進一步考察了顆粒性質(zhì)與操作條件對顆粒受力與沉降概率的影響,對膜污染的關(guān)鍵因子進行識別,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。最終為實驗和膜組件的優(yōu)化設(shè)計提供科學(xué)依據(jù),對膜污染的研究起較好的指導(dǎo)作用。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

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

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳維新;苗子旭;龍佳;庫建剛;;顆粒沉降動力學(xué)特性研究進展[J];金屬礦山;2019年06期

2 宋振東;V_0計算與顆粒沉降的計算機模擬[J];選煤技術(shù);1988年02期

3 簡淼夫;李昌勇;;用模糊數(shù)學(xué)方法進行顆粒沉降計算機分析[J];南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1991年02期

4 常建忠;張瑩;劉漢濤;;等溫條件下球形顆粒沉降的軌跡特性[J];過程工程學(xué)報;2018年01期

5 王保和，孟京華，彭麗;顆粒沉降分析的計算機數(shù)據(jù)處理[J];化學(xué)世界;1995年01期

6 張治坤;彭德其;;管內(nèi)單顆粒沉降的直接模擬研究[J];化工設(shè)計通訊;2018年11期

7 劉波;李忠媛;李鑫鋼;李洪;;液固流化過程顆粒沉降動力學(xué)的研究進展[J];化學(xué)工程;2014年12期

8 劉漢濤;常建忠;安康;蘇鐵熊;;熱對流條件下雙顆粒沉降的直接數(shù)值模擬[J];物理學(xué)報;2010年03期

9 安康;常建忠;劉漢濤;;通道寬度對單顆粒沉降運動影響的直接數(shù)值模擬[J];水運工程;2008年08期

10 吳素芳;張金峰;沈寒晰;張麗娜;;硫磺顆粒沉降劑的實驗研究[J];寧夏師范學(xué)院學(xué)報;2018年07期

相關(guān)會議論文 前10條

1 趙彬;吳俊;;室內(nèi)環(huán)境顆粒物沉降影響因素分析[A];慶祝北京制冷學(xué)會成立三十周年暨第十屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

2 李靳;謝明亮;;細微顆粒沉降的泰勒展開矩方法模型[A];第十五屆現(xiàn)代數(shù)學(xué)和力學(xué)學(xué)術(shù)會議摘要集（MMM-XV 2016）[C];2016年

3 焦渤;趙小虎;;顆粒沉降特性的計算與實驗分析[A];第八屆全國顆粒制備與處理學(xué)術(shù)和應(yīng)用研討會論文集[C];2007年

4 范興歡;蔡X 楠;魯建華;;單個軟顆粒沉降的IB-LBM數(shù)值模擬研究[A];第十六屆船舶水下噪聲學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2017年

5 楊超;毛在砂;;鏡像流體法數(shù)值模擬單顆粒沉降過程[A];第一屆全國化學(xué)工程與生物化工年會論文摘要集(上)[C];2004年

6 姚軍;Michael Fairweather;趙彥琳;李寧;;顆粒在湍流方管中沉降機理的研究[A];第八屆全國流體力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2014年

7 ;墻報文章總表[A];第七屆全國流體力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2012年

8 劉佳節(jié);邱流潮;孟軍;;基于CFD-DEM模型的顆粒自由沉降數(shù)值模擬[A];北京力學(xué)會第二十二屆學(xué)術(shù)年會會議論文集[C];2016年

9 曹傳勝;陳勝;栗晶;包勝;柳朝暉;鄭楚光;;三維圓球顆粒與流場相互作用的格子Boltzmann模擬[A];第七屆全國流體力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2012年

10 曹傳勝;陳勝;栗晶;包勝;柳朝暉;鄭楚光;;三維圓球顆粒與流場相互作用的格子Boltzmann模擬[A];多相流與非牛頓流暨第八屆全國多相流與非牛頓流學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2012年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 記者　 朱裴;京城5部門聯(lián)合抗沙塵[N];北京現(xiàn)代商報;2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 崔麗琴;油液污染顆粒沉降及自潔過濾系統(tǒng)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2012年

2 聶德明;顆粒沉降及其在流場中做布朗運動的研究[D];浙江大學(xué);2011年

3 劉漢濤;介觀尺度兩相流動的數(shù)值方法與機理研究[D];中北大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王芮;基于膜表面顆粒受力與沉降行為解析的膜污染機制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 劉依;顆粒沉降及在彎曲通道中遷移的特性研究[D];中國計量大學(xué);2018年

3 陳榮前;顆粒沉降及在剪切流中運動的模擬研究[D];中國計量大學(xué);2017年

4 安康;考慮熱對流的顆粒沉降的直接數(shù)值模擬[D];中北大學(xué);2008年

5 張留建;氣粒兩相縫狀貼壁射流顆粒沉降特性試驗研究[D];南京理工大學(xué);2009年

6 姚國新;基于顆粒受力的粗顆粒沉降性質(zhì)研究[D];江西理工大學(xué);2014年

7 馮碧陽;小型乙二醇脫鹽裝置中電加熱器內(nèi)顆粒沉降研究[D];西南石油大學(xué);2016年

8 李宏亮;外電場作用下煤泥水中礦物顆粒沉降動力學(xué)模擬研究[D];安徽理工大學(xué);2013年

9 張強強;基于DEM-CFD耦合的顆粒在水中沉降過程仿真分析[D];吉林大學(xué);2014年

10 鄭夢嬌;顆粒在流體中沉降特性的直接數(shù)值模擬研究[D];中國計量學(xué)院;2015年

本文編號：2689605