减压膜蒸馏过程微观特征的模拟研究
[Abstract]:Membrane distillation is a new separation technology which combines the distillation process with the membrane process. It is one of the main advantages of membrane distillation that the cheap heat source with low grade and low calorific value can be used as the driving force of the process. Membrane distillation is also the only direct separation of crystalline products. Compared with other kinds of membrane distillation (direct contact membrane distillation, air gap membrane distillation, air sweep membrane distillation, etc.), hollow fiber vacuum membrane distillation has high membrane flux, flexible operation mode and high membrane filling density. Because of its high efficiency of energy utilization, it has been widely used in seawater desalination, industrial wastewater treatment, chemical industry, food and medicine, etc. It is of great significance to study and understand the membrane distillation process thoroughly and comprehensively. In this paper, the vacuum membrane distillation process of hollow fiber was simulated by FLUENT, and a three-dimensional simulation model was established. In order to simulate the heat transfer and mass transfer process of gas-liquid phase transition on the membrane surface, a user-defined program is written to simulate the heat transfer and mass transfer process. The results show that the simulated flux value is in good agreement with the experimental value. The simulation model can reflect the real process of membrane distillation scientifically and objectively. On this basis, the distribution of flow parameters and heat and mass transfer parameters on the surface of the fiber membrane are analyzed systematically and comprehensively, and the effects of operating conditions such as feed flow rate, feed temperature and vacuum pressure on the distribution of heat and mass transfer parameters are studied. The results show that the distribution of heat and mass transfer parameters on the membrane surface is closely related to the position of the membrane surface, and the membrane flux of hollow fiber vacuum membrane distillation mainly comes from the region of high flow rate and heat transfer coefficient on the left and right sides of the fiber. There is a thick boundary layer on both sides of the fiber, which is not conducive to the increase of the overall heat and mass transfer rate on the membrane surface, the gas-liquid mixing phenomenon exists on the surface of the fiber membrane, and the steam produced by the phase change migrates to the back of the fiber under the influence of the flow of the feed liquid. The distribution of temperature, evaporation rate and heat transfer coefficient on the fiber surface can be significantly affected by the flow rate of the feed liquid, and the increase of the flow rate has a better effect on the enhanced membrane distillation process. Although the increase of vacuum pressure strengthens the membrane flux, the convection heat transfer coefficient of the hot side membrane surface will decrease. The research results of this paper enrich the basic theory of membrane distillation process and provide theoretical basis for membrane distillation process strengthening. In addition, the effects of pore structure parameters (porosity and zigzag factor) on membrane flux were discussed by the simulation model, which provided a directional reference for the development of membrane for high efficiency membrane distillation.
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ028.8
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,本文编号:2423660
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