SFMBR配置微通道湍流促進(jìn)器流體動力學(xué)的CFD模擬和PIV測定.pdf

1、我國水資源短缺，加之人們對水資源的保護(hù)不夠，水資源的浪費(fèi)和污染現(xiàn)象十分嚴(yán)重，進(jìn)行污水處理和回用已迫在眉睫。膜生物反應(yīng)器作為一種新型的高效水處理技術(shù)，具有出水水質(zhì)優(yōu)良、有機(jī)物去除率高、污泥產(chǎn)率低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，日益受到國內(nèi)外研究者的關(guān)注，然而膜污染是制約膜生物反應(yīng)器技術(shù)推廣與發(fā)展的技術(shù)難題。通過改善膜表面流體的流動狀態(tài)是控制膜污染和濃差極化的重要手段之一，湍流促進(jìn)器在強(qiáng)化流體湍流程度，改善流體流動狀態(tài)方面效果明顯，目前國內(nèi)外的研究主要

2、是將湍流促進(jìn)器直接配置在管式膜生物中，減小了有效膜面積，同時(shí)增大了膜生物反應(yīng)器的占地面積，本文為了克服以上缺點(diǎn)，將微通道湍流促進(jìn)器配置在平板膜表面上，同時(shí)在刺與刺之間加入微孔，增大膜的有效過濾面積。
　　通過CFD數(shù)值模擬微通道湍流促進(jìn)器的不同放置方式、微通道湍流促進(jìn)器上刺的形狀和角度、刺與刺之間微孔的孔徑以及膜間距對平板膜生物反應(yīng)器中流體動力學(xué)參數(shù)的影響。模擬結(jié)果表明，加入微通道湍流促進(jìn)器后，膜通道中流體的速度、湍流強(qiáng)度、湍流動

3、能、壁面剪切力、湍流耗散率和壓降都有所增大，即微通道湍流促進(jìn)器對強(qiáng)化流體流動有很大作用，且沿膜面呈周期性變化，最大值出現(xiàn)在微通道湍流促進(jìn)器附近。通過對比模擬數(shù)據(jù)，最終確定矩形微通道湍流促進(jìn)器在膜面上雙面平行放置，矩形刺角度為60°，刺之間微孔半徑為0.3mm，膜間距為8mm對改善流體流動狀態(tài)效果最好。將最佳效果與不加微通道湍流促進(jìn)器膜通道內(nèi)流體的動力學(xué)參數(shù)比較，發(fā)現(xiàn)膜通道內(nèi)流體的速度、湍流強(qiáng)度和壁面剪切力分別平均增大了22.7％，66.

4、1%，88.1%，湍流動能平均增大了11.7倍，這些參數(shù)增大更有利于抑制濾餅層形成，增大膜通量，延緩膜污染；膜通道內(nèi)流體湍流耗散率平均增大了10.9%，湍流耗散率平均增大了23.2倍，湍流流體湍流耗散率和壓降增大，說明膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)的能耗增大，但鑒于其對膜污染的有效作用，使用微通道湍流促進(jìn)器還是利大于弊的。
　　運(yùn)用PIV技術(shù)對CFD數(shù)值模擬的最佳結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過對CFD模擬計(jì)算的結(jié)果和PIV實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，模擬計(jì)算結(jié)果和實(shí)