随机分布纤维束间纵向层流流动数值模拟

按层流流动理论,采用数值方法模拟了随机分布纤维束间纵向流动时的量纲1速度分布,讨论了中空膜组件中纤维的装填率对流动阻力系数fRe和纤维束间流量分布的影响,并得到了0.1≤≤0.7范围内的fRe与的关系式。模拟结果表明,对于随机分布的纤维束,纵向流动速度分布不均匀,存在明显的偏流现象;由Voronoi划分所得的子单元通道面积分布与流量分布存在一定的关系,装填率对此关系影响较小。流动阻力系数fRe明显小于相同装填率下纤维按正三角形排列时的数值,它的模拟值与Sullivant和Costello等的实验值基本一致,随装填率增大而增大。     

中空纤维管随机分布时透析器内的管外传质

利用Matlab软件计算了中空纤维透析器外壳内壁面(简称壁面)影响下,中空纤维随机分布、管外流场充分发展、纤维表面定质量流量时的管外流场分布,进而求得了不同填充密度下透析器的管外传质系数. 结果表明,中空纤维的排布方式对传质系数有很大的影响;在所研究的中空纤维填充密度范围内(10%～50%),随着填充密度的增大,透析器的管外传质系数先变大,后变小;其随机性整体上逐渐减小.     

中空纤维透析器中纤维管填充密度对传质影响的数值模拟

通过数值模拟研究了纤维管填充密度（27.18%～67.11%）增加时传质系数的变化趋势,同时考察了流体速度对传质系数的影响.模拟结果表明：随着填充密度的增加,传质系数先增加后下降;流体速度不仅影响传质系数的大小（速度越大,传质系数越大）,也影响最佳填充密度（传质系数最大值对应的填充密度）的大小（速度增大,最佳填充密度也增大）.模拟结果可为透析器的优化设计提供参考.     

中空纤维膜接触器脱碳和传质性能的数值研究

中空纤维膜吸收烟气中CO2是一种清洁、高效、最具潜力的脱碳技术方法之一。本文建立了一个二维的中空纤维膜接触器平行逆流吸收混合气中CO2的非润湿模型。考虑轴向和径向扩散,模拟了EEA、EDA和PZ 3种吸收剂在不同操作条件下对CO2的脱除效果和传质性能。结果表明:脱碳性能从大到小为PZEDAEEA;气相参数对脱碳和传质的影响比液相参数更显著;提高气体流速、CO2浓度和气温,脱碳率均会下降;提高液速、吸收剂浓度和液温,脱碳率均增大,而传质速率只有在提高气温时会下降,其他参数的升高均会使其增大;应采用适当的液相参数,防止操作参数过高带来的不利影响。     

中空纤维膜萃取苯酚的传质及流动特性

以体积分数为30％的磷酸三丁酯＋煤油－水为实验体系，研究了中、高装填密度的中空纤维膜萃取处理苯酚衡溶液的传质效果和传质特性以及膜器壳程流动状况。实验结果表明，中空纤维膜萃取可以高效去除水中的苯酚，萃取率最高可达到99．9％。比较了总传质系数的实验值与多个传质系数关联式的预测值之间的偏差，发现从中、高装填密度膜器得到的传质关联式偏差较小，而从低装填密度膜器得到的传质关联式偏差较大。通过测量膜器壳程流动的停留时间分布曲线，证实了偏差是由于中、高装填密度的膜器壳程流动的复杂性造成的。     

中空纤维膜接触器脱碳和传质性能的数值研究

中空纤维膜吸收烟气中CO₂是一种清洁、高效、最具潜力的脱碳技术方法之一。本文建立了一个二维的中空纤维膜接触器平行逆流吸收混合气中CO₂的非润湿模型。考虑轴向和径向扩散,模拟了EEA、EDA和PZ 3种吸收剂在不同操作条件下对CO₂的脱除效果和传质性能。结果表明：脱碳性能从大到小为PZ>EDA>EEA;气相参数对脱碳和传质的影响比液相参数更显著;提高气体流速、CO₂浓度和气温,脱碳率均会下降;提高液速、吸收剂浓度和液温,脱碳率均增大,而传质速率只有在提高气温时会下降,其他参数的升高均会使其增大;应采用适当的液相参数,防止操作参数过高带来的不利影响。     

两相顺流纤维液膜间传质的分析

介绍了一种新型两相顺流介质在纤维丝上形成液膜 ,实现膜面接触传质的原理。运用数值模拟方法分析 ,得出两相顺流液膜间形成层流时的流速比及其与传质效率的关系     

中空纤维膜组件内纤维束间流体流动状况研究

建立了一套电导率仪──微机数据采集系统，采用脉冲示踪法，对一自制的二维膜组件模型内流体流动状况进行了研究，分析了开孔状况和操作条件对液体在膜件内停留时间分布的影响，提出了膜组件在结构设计和操作参数选择的原则和范围，对膜组件的设计和使用有一定的参考价值。     

疏水性中空纤维膜的臭氧曝气传质试验

对疏水性中空纤维膜有泡曝气进行了试验研究,得到了疏水性中空纤维膜的泡点,以及臭氧在pH=6和pH=8的水中的自分解系数,考察了疏水性中空纤维膜在不同pH水中的臭氧传质特性。试验表明疏水性中空纤维膜泡点较低;臭氧在pH=6的水中的自分解系数为0．036min^-1,在pH=8的水中为0．070min^-1;臭氧容积传质系数KLa值与曝气流量成正相关关系,在曝气流量相同时,pH=8条件下的臭氧KLa值约高出pH=6条件下0．1min^-1。该研究为将来疏水性中空纤维膜在水处理厂的设计应用提供了一定依据。     

PA 6/PET扁平复合纤维界面分布的数值模拟

以聚己内酰胺(PA 6)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的扁平复合纤维为例,考虑壁面滑移弹性行为,利用Polyflow软件对非牛顿流体在喷丝板扁平孔道内的界面分布进行数值模拟,分析了扁平微孔的长宽比(W/H)、微孔深度(L)以及PA 6/PET流量比对两种熔体间界面位置分布的影响。结果表明:在总流量为3.2×10-7m3/s时,随着喷丝板微孔W/H的增大,界面位置偏移量随之增大,界面相对偏移量没有变化;随着喷丝板微孔L的增大,熔体界面位置偏移量逐步增大,界面位置相对偏移量也逐步增大;随着PA 6/PET流量比的增大,熔体界面位置偏移量由PA 6一侧逐步减小至PET一侧反向逐步增大,合理的流量比能够减小界面偏移量,改善纺丝时复合扁平纤维的成形效果。     

Well-developed mass transfer in axial flows through randomly packed fiber bundles with constant wall flux

An analysis of the effects of fiber packing on mass transfer coefficients for axial fluid flow through fiber bundles with uniform wall flux in the well-developed limit is presented. The finite element method is used to solve the governing momentum and conservation of mass equations. The effective mass transfer coefficient depends strongly on fiber packing. Randomly packed fiber bundles have much lower mass transfer coefficients than regularly packed fiber bundles. Mass transfer rates are controlled by the lowest fiber packing regions through which most of the flow occurs.     

小管径-粒径比颗粒无序堆积通道内壁面效应数值研究

采用DEM-CFD方法对小管径-粒径比颗粒无序堆积通道内壁面效应进行了数值研究。针对D/d_p=5.0圆球无序堆积通道构建了光滑壁面和波节壁面两种通道壁面结构,分析了不同壁面结构堆积通道内孔隙率分布、流动和温度场分布及其流动换热性能。结果表明：小管径-粒径比光滑壁面颗粒无序堆积通道内壁面效应显著,壁面附近平均流速明显高于堆积中心区域,而平均温度要低于堆积中心区域,壁面附近0.5d_p区域内通过的流体质量流量比例为46%;波节壁面结构抑制了通道壁面附近漏流,可小幅提高堆积通道的换热能力,但堆积通道内的流动阻力也随之增大,其综合换热性能较光滑壁面堆积通道有所下降。     

Mass transfer simulation on pervaporation dehydration of ethanol through hollow fiber NaA zeolite membranes

A multi‐layer series‐resistance mass transfer model was developed to simulate mass transfer behaviors of water/ethanol mixture through hollow fiber NaA zeolite membranes. The mass transfer through zeolite layer was described by Maxwell‐Stefan mechanism based on adsorption and diffusion parameters obtained from molecular simulation. The mass transfer through asymmetric hollow fiber support was described by dusty gas model involving Knudsen diffusion and viscous flow. It was found that the sponge‐like layer of support besides of zeolite layer made an important contribution to overall membrane transfer resistance while the finger‐like layer had less effect. When permeate pressure shifted from 0.2 to 7.5 kPa, the mass transfer resistance contribution of sponge‐like layer varied from 27.1 to 17.8%. Effects of microstructure parameters of support on mass transfer through membrane were investigated extensively. Large pore size and thin thickness for sponge‐like layer of support were beneficial to improve water permeation flux. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 62: 2468–2478, 2016     

波壁管内的脉动流动及传质强化的数值模拟

应用Fluent软件对波壁管内脉动流场下的层流流动、质量传递强化进行了数值研究,并将得到的结果与已有的实验结果进行了比较。考虑了3个参数：净流动Reynolds数Re,脉动流的振动分率P和代表脉动频率的Strouhal数St,其中重点考察了St对质量传递强化的影响。对中等Reynolds数以下的脉动流动结构和质量传递强化的数值模拟结果表明,存在一个最佳St使得强化效果最好,并且数值结论与相应的实验结果具有较好的一致性。     

超重力旋转填充床氧解吸过程的数值模拟

基于旋转填充床流体流动的可视化结果,建立了超重力旋转填充床气液传质过程的数学模型,模拟氮气解吸水中溶解氧的传质过程。模拟结果表明,缩短液相停留时间、提高液相扩散系数都能增大液相传质分系数k_L;总体积传质系数K_La随超重力因子的增加而增大、随温度的上升而增大、随气相流率的增加略有下降、随液相流率的增加明显增大;空腔区传质贡献率随空腔区的增大而增大,随超重力因子的增大而减小;且短暂的停留时间是超重力旋转填充床对传质过程强化的本质原因。模型较好地符合文献的实验数据,误差在±16%以内。     

Numerical determination of fluid-to-particle mass and heat transfer coefficients in packed bed reactors

A method based on particle-resolved CFD is built and validated, to calculate the fluid-to-particle mass and heat transfer coefficients in packed beds of spheres with different tube-to-particle diameter ratios (N) and of various particle shapes with N = 5.23. This method is characterized by considering axial dispersion. The mass and heat transfer coefficients increase by 5%–57% and 9%–63% after considering axial dispersion, indicating axial dispersion should be included in the method. The mass and heat transfer coefficients are reduced as N decreases. The catalyst particles without inner holes show higher mass and heat transfer coefficients than the ones with inner holes, because of unfavorable fluid flow in inner holes. The bed of trilobes has the highest mass and heat transfer coefficients, being 85% and 95% higher than the one of spheres. This work provides a versatile method and some useful guidance for the design of packed bed reactors.     

溶液再生器传热传质过程的数值模拟

根据湿空气和溶液热质交换的基本理论,建立了叉流溶液再生器的传热传质数学模型,并将该模型简化,得出空气和溶液的质量、能量控制方程。根据数值求解的方法,对方程进行离散简化,利用Matlab语言编程模拟计算。将模拟结果和实验结果进行了比较,结果表明本模型可靠。     

蜂窝状水凝胶吸附床传热传质特性数值模拟及验证

对PAM-LiCl水凝胶复合吸附剂进行了吸附特性实验研究,基于D-A方程拟合其特性曲线,建立了该凝胶蜂窝吸附床的三维数学模型,用COMSOL软件完成了吸附床干燥/湿润工况下的动态吸/脱附过程模拟,结合实验完成该数学模型的验证,最终实现吸附床结构的优化。研究表明,蜂窝结构大幅提升了吸附床的吸/脱附性能。吸附速率与蜂窝传质通道的孔隙度呈正相关;总吸水量先增大后减小,当孔隙度为20%时,总吸水量最大。吸附床的吸附量随吸附床厚度的增大而降低。当空气流速低于3.6 m/s时,提高空气流速能显著增强吸附床的吸附性能。蜂窝吸附床解吸性能良好,在60℃ & RH10%的热空气中可实现完全解吸。