旋转膜过滤器内部流动特性数值模拟

基于计算流体力学方法对旋转膜过滤器内部层流与湍流场进行研究，利用多孔介质模型描述滤膜的渗透性对流动的影响，开展验证实验，确定滤膜阻力修正系数，并验证模型的可靠性。在此基础上，对过滤器内部流体的速度和压力分布进行数值分析，并探究滤膜转速对滤膜表面跨膜压力和剪切应力的影响。结果表明，滤膜表面流体无量纲角速度沿径向呈现中间区域基本保持不变，旋转轴附近有所降低，滤膜边缘附近略有升高的趋势；流动状态对滤膜上、下方间隙流体无黏核心区的无量纲角速度有重要影响。研究还发现，跨膜压力沿径向趋于下降，同种流动状态下，跨膜压力随滤膜转速的增大而减小；同一滤膜转速下，剪切应力沿径向线性增大，提高滤膜转速，剪切应力显著增加。     

错流微滤制备动态膜过程中细微颗粒沉积机理

以煤基炭膜为基膜,以ZrO₂为涂膜颗粒,在实验研究的基础上对错流微滤过程中沉积颗粒进行受力分析,分别建立径向颗粒的可能沉积临界粒径模型、轴向上颗粒的可能移动临界粒径模型和圆周方向的颗粒可能滚动临界粒径模型。并以温度、错流速率、渗透通量为主要影响参数,分别对3种临界粒径模型进行模拟研究,探讨颗粒沉积机理。结果表明,压力增大(渗透通量提高)、温度降低以及错流速度降低,都可增大动态膜层厚度;由于净重力的影响,在水平膜管内圆周方向动态膜膜层厚度分布不均匀通过增加错流速率可明显减小此种差异;模拟结果与实验结果的一致性证实了所建模型的可靠性。     

非对称陶瓷膜管渗透性能的CFD模拟研究

陶瓷膜因其化学稳定性好、机械强度大等优点得到广泛应用。计算流体力学(CFD)的快速发展使得计算模拟成为研究和优化陶瓷膜管结构性能的有效手段。为了优化非对称结构陶瓷膜管的结构和操作参数,对其渗透性能进行了CFD计算模拟。针对非对称结构陶瓷膜管的膜层和过渡层的厚度在10 μm级的特点,采用Navier-Stokes方程和Darcy定律来分别描述膜管内和膜多孔介质内的纯水流动,利用多孔介质模型描述膜管的主体支撑层,用多孔跳跃边界简化膜管的膜层和过渡层,利用Konzey-Carmen方程对膜元件各层的渗透率进行估算。计算结果与实验值吻合较好,为优化陶瓷膜管的通道结构提供了便捷的工具。     

PEM燃料电池中质子交换膜内水和质子的迁移特性

质子交换膜的水含量及水和质子的迁移对PEM燃料电池的性能具有重要影响.提出了一个稳态两相流数学模型,用以研究质子交换膜中的水迁移和水含量及其与质子传递阻力的关系.模型耦合了连续方程、动量守恒方程、物料守恒方程和水在质子交换膜中的传递方程.通过与实验数据对比,验证了模型的有效性.分析模拟结果发现,当电流密度相同时,沿气体流动方向,质子交换膜中水的电渗拉力系数、反扩散系数和水力渗透系数逐步增大,而水的净迁移系数逐步减小;同时,质子交换膜的含水量增加,质子传递阻力逐步下降;增大电池的操作压力,电渗拉力系数、反扩散系数、水力渗透系数、水净迁移系数和质子膜的含水量增加,而质子传递阻力下降,使燃料电池的性能得到了提高.     

旋转盘反应器流场特性的PIV测试和CFD模拟

通过PIV实验和CFD数值模拟研究了旋转盘表面的流动特性和变化规律。基于VOF多相流模型和Realizablek-ε湍流模型,CFD模拟结果与实验结果形成对比,考察了不同转速和流量条件下旋转盘表面的液膜厚度分布、停留时间和分布情况。结果表明:盘的中心区域受流速控制,流动方向更接近径向流动,边缘区域受转速控制,流动方向更接近圆周流动。液膜厚度随径向半径的增大先增大后减小,转速的增加导致边缘区膜厚减小。流速的增加导致中心区域的膜厚度减小和边缘区域的膜厚度增加。平均停留时间随转速和流速的增加而降低。停留时间分布表明,在实验条件下,液体流动更接近活塞流动。     

水平烧结管降膜蒸发器管外流动分析

烧结管由光滑圆管外表面烧结铝合金或铜合金粉末制备，用于水平管蒸发器传热元件，实现高效传热。模拟分析烧结层材质、喷淋孔流量和烧结层孔隙率对烧结管管外液膜分布的影响。结果表明：比较液柱截面及波峰截面的平均液膜厚度，铝合金烧结层减薄了52.22%,而铜合金烧结层减薄了56.12%,故铝合金烧结层液膜流动较稳定。当烧结层为铝合金时，在喷淋孔流量Q_v=140—200 L/h,液膜厚度随着流量增大而增大，增大幅度达到了16.52%。当Q_v=160 L/h时，流速随着液膜厚度增大逐渐减小；随着孔隙率增大，液膜厚度在周向角度θ=0°—160°时增大，在θ=160°—170°时减小。当孔隙率n=50%时，平均液膜厚度减薄率较小，表明液膜厚度均匀性较好。2种烧结管表面均可形成连续的流动液膜，烧结层增大了工质接触管壁的传热面积。     

序批式光生物反应器中光合细菌跨膜传输及产氢特性

以沼泽红假单胞菌CQK-01为实验菌种,研究了序批式光生物制氢反应器不同初始底物浓度和初始pH值对光合细菌葡萄糖跨膜传输速率、细胞膜渗透性及产氢性能的影响,计算了光合细菌细胞膜对葡萄糖的渗透系数。结果表明光合细菌细胞膜对底物渗透性及传输速率的影响随菌体生长环境及时间而异;在初始底物浓度较低时,葡萄糖最大跨膜传输速率随初始底物浓度的增大而增大,并在75mmol.L-1时取得最大值,而不同初始底物浓度下光合细胞膜对葡萄糖的最大渗透系数都约为250cm3.(gDW)-1.h-1;但高底物浓度下葡萄糖跨膜传输速率减小,最大渗透系数在150mmol.L-1时仅为116cm3.(gDW)-1.h-1;当培养基初始pH值为7.0时,光合细菌细胞膜对葡萄糖的渗透性最佳,葡萄糖跨膜传输速率最大为9.74mmol.(gDW)-1.h-1;实验工况下光合细菌平均产氢速率最大为0.26mmol.L-1.h-1,产氢得率最高为0.63molH2.(molglucose)-1。     

Cu2+在支撑液膜中的传质过程

研究了以疏水性多孔聚丙烯膜(Celgard 2500)为支撑体和LIX984的煤油溶液为膜液的支撑液膜体系萃取Cu2+的传质过程. 采用双膜理论描述Cu2+通过平板支撑液膜的传质过程,建立了其在稳态下的传质动力学方程,且当反萃取侧酸浓度大于2 mol/L时,反萃取侧的传质阻力可以忽略;利用膜内分传质系数km表征支撑液膜膜液的流失行为,在传质过程中,km先增大而后逐渐减小,且载体的流失速率大于稀释剂煤油的流失速率. 考察了操作条件对传质和膜液流失速率的影响,结果表明,Cu2+初始传质通量随载体初始浓度、料液初始pH值和料液初始Cu2+浓度的增大而增大;载体初始浓度越大,膜液流失越快;料液初始Cu2+浓度增大,膜液流失越慢;料液相pH值的改变对膜液流失速率没有影响.     

圆盘错流过滤黑液截留木质素数值模拟研究

利用Fluent软件对圆盘错流过滤机的一级滤室进行流场模拟,分别模拟了圆盘转速为300r/min和800r/min时不同跨膜压作用下的流场情况.后处理发现动压力和剪切速度均随着圆盘半径的增大而增大.转速800r/min时的动压力大约是300r/min时的12倍;低转速时,剪切速度的最大值随着进口压力的增大而增大,进口压...     

GFRP桥面板截面设计与结构分析

为减小GFRP桥面板在荷载作用下的局部挠度,在原有GFRP桥面板的芯管中增加一个腹板。对改进后的GFRP桥面板进行参数分析,研究新增腹板厚度和倒角半径对GFRP桥面板力学性能的影响。分析结果表明,随着新增腹板厚度的增加,改进后GFRP桥面板的整体挠度和局部挠度逐渐减小,首层破坏荷载逐渐增大。但新增腹板厚度大于8mm时,改进后的GFRP桥面板的整体挠度和局部挠度减小的趋势逐渐变缓。新增腹板倒角半径对改进后GFRP桥面板的挠度影响很小,首层破坏荷载随着倒角半径的增大先增大后减小。