計算流體力學在膜過程傳質(zhì)優(yōu)化中的研究進展

何欣平，王濤，李祥，李繼定

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計算流體力學在膜過程傳質(zhì)優(yōu)化中的研究進展

何欣平，王濤，李祥，李繼定

（清華大學化學工程系，北京100084）

分別從膜組件、膜本身結(jié)構(gòu)、膜過程操作條件、膜過程耦合4個方面的優(yōu)化闡述了近期計算流體力學（CFD）在膜過程傳質(zhì)優(yōu)化中的研究及應用進展。指出CFD模擬對料液隔網(wǎng)的形態(tài)研究和局限性改進顯示出了優(yōu)越性；在膜表面形貌及支撐層結(jié)構(gòu)修飾與優(yōu)化方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用；對脈動流、兩相流與機械振動的引入及其在流場、濃度場、溫度場中的可視化研究也已相對成熟；此外，CFD模擬證明，將膜過程與其他動態(tài)分離過程相耦合也是提高膜表面剪切速率、增強傳質(zhì)與分離效率的有效途徑。指出了目前大部分CFD模擬工作的準確性還不夠、通過模型優(yōu)化改善準確性時會不可避免地增加模擬計算的復雜性以及膜組件的設計研究與材料加工工藝還不很匹配等存在的問題，認為該領(lǐng)域未來的發(fā)展方向?qū)⒓性诓煌瑑?yōu)化方式的耦合，以及利用新興的檢測技術(shù)與制備工藝彌補目前實驗數(shù)據(jù)缺乏的弊端，得到更貼合實際的理論模型。

計算流體力學；膜分離；傳質(zhì)優(yōu)化；形貌設計；兩相流

計算流體力學（computational fluid dynamics，CFD）的本質(zhì)是在流動基本方程（質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒）的控制下（表1），用有限個離散點上性質(zhì)的集合來描述連續(xù)的物理量場[1]。作為一種有效的數(shù)值模擬手段，CFD與理論分析以及實驗測量互為基礎，互相補充，是流體力學研究的重要方法。……