基于计算流体动力学的陶瓷膜过滤过程模拟研究进展

陶瓷膜过滤技术具有经济高效、过滤稳定、环境适应性强等优势,在水处理、气体过滤、化工、医药及食品生产等众多领域有着广泛应用,并且在分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等生产工艺过程中展现出巨大潜力.然而,在过滤过程中,原料中的有机物、无机盐、胶体粒子和污泥絮体等物质在膜表面或膜孔中的吸附和沉积作用会导致膜污染.膜污染是阻碍陶瓷膜过滤技术发展的主要问题之一.通过计算流体动力学(CFD)模拟仿真对陶瓷膜过滤过程的渗透机理、膜污染机理及浓差极化机理等进行探讨是一种经济有效的研究方法.现已经能通过CFD控制方程和压降模型、颗粒运动模型、颗粒沉积模型、传质模型及串联阻力模型等CFD模型对陶瓷膜过滤过程的渗透、膜污染及浓差极化等现象进行模拟和预测;通过对仿真结果的分析讨论,加深对膜过滤过程的机理研究.此外,研究者们通过CFD数值模拟,研究陶瓷膜元件和膜组件结构、过滤工艺参数以及过滤器结构等参数对陶瓷膜过滤性能的影响规律,并进行参数优化,来提高陶瓷膜过滤性能,如降低污染速率、提高过滤效率、延长膜清洗周期和膜使用寿命等.本文介绍了CFD技术的原理和优势;评述了CFD技术在陶瓷膜及膜组件结构优化和过滤过程中膜污染的研究进展;讨论了在膜污染过程的模拟中所用到的相关CFD模型;重点分析了陶瓷膜过滤过程中的膜结构、操作参数和过滤器结构等工艺参数对陶瓷膜内部压力分布、浓差极化、渗透速度及流场分布等流体特性的影响规律.最后展望了陶瓷膜过滤过程CFD模拟仿真的发展趋势.

Research Progress on Simulation of Ceramic Membrane Filtration Process Based on Computational Fluid Dynamics