【摘要】：正滲透過(guò)程中,通過(guò)改變膜面的剪切力可以減緩濃差極化并控制膜污染。為了獲取更多的膜面水力學(xué)特性的信息,提高正滲透過(guò)程的滲透性能,本研究提出一種基于光柵傳感技術(shù)的正滲透膜面剪切力分布測(cè)量的方法,并結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)對(duì)膜面的流場(chǎng)分布進(jìn)行分析及優(yōu)化,探討入口流速、流動(dòng)方向、單側(cè)流速對(duì)剪切力分布及滲透性能的影響。結(jié)果表明,FBG傳感技術(shù)可用于監(jiān)測(cè)FO過(guò)程中膜邊界的水力學(xué)特性,提供更多有效的過(guò)濾過(guò)程的信息,主要得出如下結(jié)論:(1)FO組件內(nèi)部存在不均勻的流場(chǎng)分布特征。CFD模擬結(jié)果表明,組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響了膜面最大速度位置及回流區(qū)的分布,使平板FO膜表面呈現(xiàn)出區(qū)域化的差異。(2)膜面剪切力呈現(xiàn)空間分布的不均勻變化,操作條件的設(shè)計(jì)需要協(xié)調(diào)膜兩側(cè)ECP和ICP的作用。FBG結(jié)果表明,滲透壓不會(huì)直接造成FBG波長(zhǎng)發(fā)生變化。沿著FO膜表面,剪切力在空間上呈現(xiàn)分布的不均勻特征,這將直接導(dǎo)致滲透通量的變化;膜面中間位置的剪切力較高,這使膜面特定位置出現(xiàn)較高的擴(kuò)散負(fù)載。增大入口流速能有效的改善膜面各位置的沖刷作用,但單純?cè)黾蛹羟辛Σ⒉荒芨玫臏p緩濃差極化,獲得更高的水通量,這主要是由于高FS和DS剪切力會(huì)顯著增加溶質(zhì)向支撐層內(nèi)部的擴(kuò)散,增加了ICP對(duì)FO滲透過(guò)程的影響。(3)逆流模式表現(xiàn)出更好的水力學(xué)特性,作為最優(yōu)的操作條件。與并流模式相比,逆流模式形成的剪切力更大、水流的沖刷頻率更快,且剪切力的分布更均勻。同時(shí)在逆流模式下,通過(guò)增加膜兩側(cè)的剪切力能有效地改善膜通量,這是由于較高的傳質(zhì)速率使膜兩側(cè)的滲透壓相對(duì)較大且更均勻,能夠提高膜表面的利用率,獲得更高的滲透通量。(4)單側(cè)膜面剪切力的增加會(huì)對(duì)膜兩側(cè)的濃差極化產(chǎn)生不同的影響。單獨(dú)增加FS側(cè)或DS側(cè)流速,會(huì)使膜面的應(yīng)力分布發(fā)生變化,從而導(dǎo)致膜面濃度分布的變化,改變水通量。FS側(cè)剪切力的增加,降低膜面附近處溶液的濃度,達(dá)到減緩?fù)鉂獠顦O化的效果;但增加DS側(cè)剪切力加速了溶質(zhì)向支撐層內(nèi)部的擴(kuò)散,雖然降低了RSF,但累積在支撐層內(nèi)部的溶質(zhì)嚴(yán)重加劇了內(nèi)濃差極化,會(huì)對(duì)FO滲透過(guò)程產(chǎn)生不利的影響。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TQ051.893;X703
【圖文】：

天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文程的發(fā)生，汲取液得到稀釋?zhuān)瑵B透壓減小，原料液得到濃縮，滲透壓增加，ＡＴＴ等于０時(shí)滲透過(guò)程結(jié)束［９￣］。逡逑根據(jù)滲透原理，滲透過(guò)程的的水通量ａ）可由等式（ｌ－ｉ）表示：逡逑？７＝＾（Ａ；ｒ邋－邋ＡＰ）邐（邋２－１）逡逑其中，Ｊ是膜的純水滲透系數(shù)，Ｌ／（ｍ２＊ｈ＊ｂａｒ）；邋Ａｔｔ是膜兩側(cè)溶液的滲透，ｂａｒ；邋ＡＰ是膜兩側(cè)的液壓差，ｂａｒ；邋Ｊ是滲透過(guò)程產(chǎn)生的水通量，Ｌ／（ｍ２＊ｈ）水通置

１．１．３正滲透技術(shù)的應(yīng)用逡逑Ｆ０由于其潛在的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用�。鱾€(gè)領(lǐng)域，：丨－：要包括水、能源和生命科逡逑學(xué)－：個(gè)方面，如圖１－３所示。水處理領(lǐng)域主要包括海水／咸水淡化和廢水處理，逡逑能源領(lǐng)域主要是壓力阻尼滲透（ＰＲＯ）發(fā)電，生命科學(xué)領(lǐng)域有滲透藥物輸送、Ｋ逡逑藥產(chǎn)品濃縮、食品加工等＞７。蘇中，美ＷＨＴＩ公Ｍ研發(fā)的正滲透應(yīng)急水袋在緊逡逑總救援和軍事等方面發(fā)揮gq要的作⑴，己經(jīng)批黛生產(chǎn)：Ｆ０滲透泵也在醫(yī)藥行業(yè)逡逑研究中得到應(yīng)用，滲透泵注射器利用滲透過(guò)程汲取液體積增大推動(dòng)活塞擠壓藥物，逡逑可以達(dá)到緩慢注射的效果：１３￣。逡逑－５逡逑

４正滲透過(guò)程中內(nèi)外濃差極化原理圖：（ａ）邋Ｆ０模式；（ｂ）邋ＰＲＯ模式。Ａ；ｒ，理Ａ４ｆｒ，實(shí)際滲透壓；＆ｂ，原料液的滲透壓；〃ｂ，ｂ，驅(qū)動(dòng)液的滲透壓；，原料的滲透壓，汲取液膜面的滲透壓；＾活性層與支撐層交界面處的滲透濃差極化是導(dǎo)致ＦＯ過(guò)程中水通量降低的主要原因，需要采取相應(yīng)的差極化的影響。減輕外濃差極化與內(nèi)濃差極化的方法有所不同。外濃于膜外表面溶質(zhì)累積使膜面濃度提高，只需降低膜面位置處的濃度即，Ｍ于可恢Ｍ過(guò)程，可通過(guò)降低原料液濃度或改變膜面附近原料液側(cè)條件得到改善，主要的方法有：逡逑（１）增加錯(cuò)流速度。提高膜表面的錯(cuò)流流速和剪切力，加速主體溶的溶質(zhì)傳遞，減少溶質(zhì)在膜面的累積，但是過(guò)大的流速也會(huì)增加能耗，擇合適的操作流速時(shí)，需要兼顧能耗與減緩濃差極化效果兩方面的因優(yōu)的錯(cuò)流速度［４１］：逡逑（２）采用湍流促進(jìn)器。通過(guò)增加湍流促進(jìn)器，可以提高膜面的湍流膜界面處的濃度，達(dá)到減緩濃差極化的效果；４２］；逡逑

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本文編號(hào)：2804066