多孔介质/纯流体耦合区域内可压缩气体的流动

采用统一形式的修正N-S方程描述多孔介质/纯流体耦合区域的流动,提出了方程中用于处理多孔介质内流动的源项确定方法,并利用成熟的CFD技术对圆管内具有前后台阶的耦合区域内可压缩气体的流动进行了数值模拟,得到了与实验吻合的计算结果.     

19通道多孔陶瓷膜渗透过程的CFD模拟

根据Darcy定律，建立了多孔陶瓷膜中渗透流动的CFD计算模型，定量描述了纯水在多孔陶瓷膜中的渗流情况。根据CFD模型，采用有限体积法，模拟计算出四种平均孔径陶瓷膜的纯水通量，并与实验值进行了对比，结果吻合较好。采用该模型，定量计算出19通道陶瓷膜中每个通道对整体陶瓷膜渗透通量的贡献，并分析了其中的变化规律，为多孔陶瓷膜的构型优化奠定了基础。     

多孔陶瓷膜层状结构模型的改进

对董军航等人提出的多孔陶瓷膜层状结构模型进行了改进。比较了层高系数和单层膜平均孔径对模型计算的影响,结果表明采用单层膜平均孔径代替层高系数作为可调参数,孔径分布模拟结果有较明显的改善。     

非均粒悬浮液的陶瓷膜错流深滤速度研究

根据使用陶瓷膜中存在的问题,并以非对称陶瓷膜结构特点为基础,提出了以陶瓷膜支撑层（深层）与膜层共同作为过滤介质的一种新的陶瓷膜错流深层过滤方式。用非均粒径高岭土悬浮液,经过自行设计的实验流程和错流过滤器,进行了陶瓷膜错流深层过滤等实验。对取得的实验数据进行分析对比,得到了在相同操作条件下新方式比传统错流膜过滤的过滤阻力...     

医用钛合金微弧氧化复合陶瓷膜层断裂力学研究

以Ti6Al4V钛合金为基体材料,通过微弧氧化方法在电解液中制备多孔氧化锆和羟基磷灰石复合医用钛合金陶瓷膜层.利用能谱分析仪、扫描电镜和X-射线衍射仪分析膜层结构及相组成特点.对试样断裂韧性进行测量试验,通过测试结果对膜层断裂韧性进行了分析研究.探究了氧化锆对于钛合金羟基磷灰石膜层的增韧机制,并建立了适于多孔微裂纹膜层材料断裂韧性数学模型.结果表明,ZrO2/羟基磷灰石医用钛合金复合陶瓷膜层比单一的羟基磷灰石陶瓷膜层具有更好的断裂韧性.     

陶瓷过滤管管壁内气体流动的LBM并行模拟

采用格子Boltzmann方法,编制并行程序,计算了陶瓷过滤管管壁内的流体流动,从微观角度对滤管多孔介质结构内的流动进行分析。以陶瓷过滤管管壁扫描电镜图片为基础,根据实际滤管的厚度,确定计算中的多孔介质结构。分析了无膜滤管微细通道内的速度及压力随入口参数的变化情况以及多孔介质结构对速度的影响,给出了压力沿滤管厚度方向的变化曲线;分析了有膜滤管内的流动情况,给出了压力变化曲线,由计算结果可知,滤膜压降占滤管压降的比例较大。对过滤管微孔结构内流动的研究,可为陶瓷过滤管的性能优化提供理论指导。     

大尺寸陶瓷膜原子层沉积过程的CFD模拟

陶瓷膜具有耐高温、耐酸碱、强度高等优点,在液体分离领域得到了广泛应用。对陶瓷膜进行表面改性,可进一步提升其性能,但基于表面化学反应的改性方法工艺过程复杂,难于控制。原子层沉积（atomic layer deposition,ALD）是基于表面自限制化学反应过程的气固相薄膜沉积技术,可以在纳米尺度精确调控孔道结构,特别适用于多孔分离膜的改性和功能化。目前尚无适用于大尺寸陶瓷膜的ALD设备,需要对ALD过程进行专门的优化设计。通过CFD模型对1 m长的单通道陶瓷膜的ALD过程进行了研究,在数学模型中考虑了两种气体源交替进入腔体中所引发不同的表面反应,并考虑了脉冲边界的影响。模拟计算结果与实验比较平均相对误差为1.69%。在数值模拟的基础上,提出了双向交替旋转脉冲的ALD模式,为陶瓷膜的ALD沉积改性的装备设计和过程优化提供了理论依据。     

大尺寸陶瓷膜原子层沉积过程的CFD模拟

陶瓷膜具有耐高温、耐酸碱、强度高等优点,在液体分离领域得到了广泛应用。对陶瓷膜进行表面改性,可进一步提升其性能,但基于表面化学反应的改性方法工艺过程复杂,难于控制。原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)是基于表面自限制化学反应过程的气固相薄膜沉积技术,可以在纳米尺度精确调控孔道结构,特别适用于多孔分离膜的改性和功能化。目前尚无适用于大尺寸陶瓷膜的ALD设备,需要对ALD过程进行专门的优化设计。通过CFD模型对1 m长的单通道陶瓷膜的ALD过程进行了研究,在数学模型中考虑了两种气体源交替进入腔体中所引发不同的表面反应,并考虑了脉冲边界的影响。模拟计算结果与实验比较平均相对误差为1.69%。在数值模拟的基础上,提出了双向交替旋转脉冲的ALD模式,为陶瓷膜的ALD沉积改性的装备设计和过程优化提供了理论依据。     

多孔堇青石中空纤维陶瓷膜的制备与表征(英文)

采用相转化和烧结法,通过一步成型制备了新颖的堇青石中空纤维陶瓷膜,并对制备的中空纤维膜微观结构、孔隙率和孔径分布、抗弯强度、纯净水通量和氮气渗透性等结构与性能进行了表征。结果表明:堇青石中空纤维膜为多孔非对称结构,由内部大孔层和外部海绵状多孔层组成。在1360℃保温2h制备的堇青石中空纤维膜孔隙率为39.2%,抗弯强度为76.5MPa。0.10MPa压差下的纯净水和氮气渗透性分别达到61.34m3/(m2·h·MPa)和7824m3/(m2·h·MPa)。实验证明,采用较大粒径的廉价工业级粉体为原料,可制备非对称的中空纤维陶瓷微滤膜。     

通气强化气隙式膜蒸馏质量传递数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法对通气强化气隙式膜蒸馏(AGMD)过程进行了数值模拟,并探讨了强化过程的传质机理。利用FLUENT软件结合流体体积函数(VOF)模型,以通气强化过程膜管内的气液两相流体为研究对象,设定氯化钠溶液为分离介质,氮气为强化介质进行模型建立与模拟分析。结果表明:渗透通量模拟数据与实验数据基本吻合;通气可增大渗透通量(J)与传质系数(k),降低浓度极化率(CPC),有利于膜蒸馏过程;浓度分布模拟结果可用于预测局部浓度极化程度;由拟合出的通气强化过程传质系数关联式的形式,可知过渡扩散-泊肃叶流传质机理比过渡扩散传质机理更接近于通气强化膜蒸馏真实传质过程。基于气体在多孔介质中的传质理论,通过合理建模并设定模拟参数,可研究通气强化传质过程的影响因素(文中为气含率)对强化效果的影响,该方法也可推广应用于研究多影响因素的膜蒸馏强化传质过程。     

CFD-based optimization and design of multi-channel inorganic membrane tubes☆

As a major configuration of membrane elements,multi-channel porous inorganic membrane tubes were studied by means of theoretical analysis and simulation.Configuration optimization of a cylindrical 37-channel porous inorganic membrane tube was studied by increasing membrane filtration area and increasing permeation efficiency of inner channels.An optimal ratio of the channel diameter to the inter-channel distance was proposed so as to increase the total membrane filtration area of the membrane tube.The three-dimensional computational fluid dynamics(CFD) simulation was conducted to study the cross-flow permeation flow of pure water in the 37-channel ceramic membrane tube.A model combining Navier–Stokes equation with Darcy's law and the porous jump boundary conditions was applied.The relationship between permeation efficiency and channel locations,and the method for increasing the permeation efficiency of inner channels were proposed.Some novel multichannel membrane configurations with more permeate side channels were put forward and evaluated.     

Fouling-resistant Composite Membranes for Separation of Oil-in-water Microemulsions

Fouling-resistant ceramic-supported polymer composite membranes were developed for removal of oil-in-water （O/W） mieroemulsions. The composite membranes were featured with an asymmetric three-layer structure, i.e., a porous ceramic membrane substrate, a polyvinylidene fluoride （PVDF） ultrafiltration sub-layer, and a polyamide/polyvinyl alcohol （PVA） composite thin top-layer. The PVDF polymer was east onto the tubular porous ceramic membranes with an immersion precipitation method, and the polyamide/PVA composite thin top-layer was fabricated with an inteffaeial polymerization method. The effects of the sub-layer composition and the recipe in the inteffaeial polymerization for fabricating the top-layer on the structure and performance of composite membranes were systematically investigated. The prepared composite membranes showed a good performance for treating the O/W microemulsions with a mean diameter of about 2.41μm. At the operating pressure of 0.4MPa, the hydraulic permeability remained steadily about 190L·m^-2·h^-1, the oil concentration in the permeate was less than 1.6mg·L^-1, and the oil rejection coefficient was always higher than 98.5% throughout the operation from the beginning.     

界面聚合表面改性法制备高效抗污染油水分离复合膜

引　言油污染作为一种常见的污染 ,对环境保护和生态平衡危害极大 .膜分离法则是对含油污水进行深度处理的可行而有效的方法[1] .在使用膜分离法理含油污水时 ,膜污染是影响分离过程的最主要问题 .提高膜表面的亲水性能有效缓解膜分离含油污水过程中的膜污染情况[2 ,3] .目前处     

高温陶瓷过滤管性能退化建模及实时寿命预测

高温陶瓷过滤管由内部孔径较大的支撑体和外部孔径较小的过滤膜双层结构构成,在实际应用中,存在大量粒径较小的粉尘颗粒,会穿过过滤膜沉积到支撑体内部,脉冲反吹无法有效清除. 因支撑体内颗粒沉积及管壁外残余粉尘层不断压缩,使陶瓷过滤管渗透率不断下降,残余压降逐渐增加。本工作基于高温陶瓷过滤管壁内颗粒沉积特性及残余粉尘层压缩不可直接观测的特点,结合贝叶斯估计理论,利用过滤管运行期间采集的残余压降数据,提出一种基于状态空间模型的过滤管性能退化建模方法。该方法能融入最新采集到的残余压降数据,实时对模型参数进行更新,可对陶瓷过滤管的剩余寿命进行实时预测,同时对陶瓷过滤管剩余寿命的失效概率密度分布及陶瓷过滤管的退化状态变化率进行预测。对某高温试验装置及壳牌煤气化装置中的陶瓷过滤管残余压降分析表明,预测剩余寿命准确率随残余压降数据增加而逐渐增加,后期预测准确率高于95%,且陶瓷过滤管退化状态变化率逐渐变小,与陶瓷过滤管残余压降前期增加快后期增加慢的现象一致。     

单通道陶瓷膜管低压透水性能实验分析

无机陶瓷膜作为多孔介质具有分离效率高、耐酸、耐碱等优点，被视为在海水淡化、废水处理、气体分离等领域的研究热点。采用Al₂O₃管式单通道陶瓷膜材料构建膜组件，以燃煤电厂自来水、烟气冷凝水、脱硫废水三种不同水质为例，开展低跨膜压差下的膜组件透水性能实验，研究了膜参数、跨膜压差及水体温度等因素对渗透通量、渗透水质的影响，并对引发膜污染的机理过程进行了探讨分析。实验结果表明：陶瓷膜管的结构参数是关键因素，如孔隙率、孔径及厚度等；低跨膜压差下的渗透通量随压力增大呈线性提高，并未发现浓差极化现象，水体温度变化通过改变黏度进而影响渗透通量，同时水质较差时会导致渗透通量降低；陶瓷膜管的孔径是影响渗透水质的核心要素，微滤与纳滤膜对改善悬浮物含量、浊度及色度效果明显，不同孔径对盐度、电导率影响不同；从SEM图可以看出，污染物在膜表面或膜内部发生的沉积、架桥等现象导致严重的膜污染。充分认识影响陶瓷膜管渗透特性的关键因素及污染物的作用机理，对提高无机陶瓷膜的应用前景具有重要意义。     

多孔陶瓷膜制备技术研究进展

多孔陶瓷膜具有化学稳定性好、机械强度大、耐酸碱、耐高温等优点,在石油和化学工业等苛刻环境中有着广泛的应用,多孔陶瓷膜的制备技术是推动多孔陶瓷膜产业发展的核心部分。多孔陶瓷膜制备技术的核心和关键是以提高陶瓷膜整体性能为导向,通过对陶瓷膜微结构的调控,实现陶瓷膜制备技术的突破。针对近十年来陶瓷膜领域的研究,概述了当前陶瓷膜领域在制备具有高渗透性、高渗透选择性的陶瓷膜以及陶瓷膜低成本化方面的研究进展,并对未来陶瓷膜领域的发展趋势及瓶颈性问题进行了讨论。     

氨燃烧器内部蒸汽过热器爆管原因分析及对策

通过金相组织对比、实验模拟流量分配、CFD软件计算管壁温度,得知过热器爆管的原因是管中蒸汽流量分配不均匀,采用管内加节流环的办法使得蒸汽重新分配,解决了过热器爆管问题。     

Fabrication of ice-templated tubes by rotational freezing: Microstructure,strength, and permeability

We demonstrate a facile and scalable technique, rotational freezing, to produce porous tubular ceramic supports with radially aligned porosity. The method is based on a conventional ice-templating process in a rotatory mold and demonstrated here with yttria-stabilized zirconia (YSZ). We investigated the effects of solid loading, freezing temperature, and volume of the slurry on the microstructure, strength (o-ring test and four-point bending), and air permeability. The results show that pore volume and pore size can be controlled by the solid loading and freezing temperature respectively, and overall tube thickness can be adjusted by the volume of slurry initially poured into the mold. Decreasing pore size and pore volume increases the mechanical properties but decreases the air permeability. These tubes could be particularly interesting as tubular membrane supports such as oxygen transport membranes.     

膜蒸馏用多孔陶瓷膜的疏水改性

膜蒸馏海水淡化是一种从源头上获得淡水资源的技术，是解决水资源紧缺的一种 重要途径。膜蒸馏需要的膜材料为多孔疏水膜，而陶瓷膜一般具有亲水性，所以陶瓷膜的疏水 改性是决定其在膜蒸馏中应用的关键。传统的疏水改性方法包括接枝聚合、仿生微纳结构构筑、 溶胶-凝胶、化学气相沉积、聚合物沉积等，改性后的疏水或者超疏水陶瓷膜已经被应用于膜蒸 馏海水淡化，但是长时间稳定性的不足阻碍了其实际工业应用。最近我们提出了一种有效的通 过聚合物热解对陶瓷膜进行疏水改性的方法，可以获得具有高热稳定性、化学稳定性、抗腐蚀、 抗冲击的疏水陶瓷膜，具有优异的长时间稳定性能，可获得稳定的淡水产出。本文将介绍各种 陶瓷膜疏水改性方法，阐述几种方法的优缺点，并且探讨他们在膜蒸馏海水淡化中的工业应用 潜力。