反电渗析系统异形膜流道内流动传质数值研究

发布时间：2020-08-21 13:19

【摘要】：盐差能是一种十分具有发展前景的新型可再生清洁能源,可持续利用并且不会产生有毒有害气体,是一种非常清洁的能源,适用于连续的电力生产。若要获得并利用盐差能,需要一种合理的装置来控制两种不同盐度流体的混合,反向电渗析技术利用离子交换膜来获取不同盐浓度液体之间掺混产生的盐差能。反电渗析过程中的溶液流动与传质特征则影响着系统的性能,其受到流道的几何特征,流动速率,原料溶液的特性等的综合影响。本文使用CFD软件模拟研究了异形膜流道的反电渗析系统,具体流道为由带有平行凹槽的异形膜交叠构成的异形膜流道,模拟计算了流道内的流动与传质过程。对比研究流道内的宽高比(l/h)为2、3、4,流动攻角分别为和,雷诺数(Re数)为1、4、16、32、64时,流道内的流线,离子交换膜表面舍伍德数(Sh数)、摩擦阻力因子(f)和压降值,分析其流动与传质特性。在本文所研究的雷诺数范围内,流动均为稳定流动。根据模拟结果可知,随着流道内雷诺数的增加,以及流道高宽比的减小,流体的掺混得到增强,传质情况越好。流动攻角对流道内流动与传质的影响很大。当流动攻角为时,流体的流动与传质特性关于流道中部平面对称,但流道上下壁面的传质情况不同,而当流动攻角为时,流道内的流动与上下壁面的传质情况均具有对称性。同时,流动攻角为时在异形膜凹槽附近区域会产生低速和低混合的区域,而流动攻角为时,可以缓解这种现象。对比两种流动攻角的情况,流动攻角为时,流道内的传质情况优于流动攻角为时,但雷诺数为64时,高宽比为2,流动攻角为的l/h2-45型流道平均舍伍德数反而是最低的。异形膜流道内的压降值比空通道有明显的增长,流道内的压降数值约为空通道的1.4—2.4倍,并且随着雷诺数的增加,压降增量也在增加。随着l/h的增加,压降值降低,但流动攻角的改变并不会明显影响的流道内的压降值,只有在本文研究的雷诺数范围内较大雷诺数的情况下,如雷诺数为32或64时,才会对压降表现出微弱的影响。综合考虑压力降与传质作用,流动攻角为时,不仅在给定速率的情况下,同样也在给定泵功情况下,流道内有最好的传质情况。但同样雷诺数为64时,l/h2-45的流道增量很少。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK124

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本文编号：2799425