基于污染物临界粘附力的超滤动态过程的CFD模拟-环境科学学报.PDFVIP

第 ３６ 卷第 １０ 期 环　 境　 科　 学　 学　 报 Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１０ ２０１６年１０月 　Ａｃｔａ Ｓｃｉｅｎｔｉａｅ Ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ Ｏｃｔ．，２０１６ ＤＯＩ：１０．１３６７１／ｊ．ｈｊｋｘｘｂ．２０１６．００１３ 崔海航，刘珺芳．２０１６．基于污染物临界粘附力的超滤动态过程的ＣＦＤ模拟［Ｊ］．环境科学学报，３６（１０）：３６３６⁃３６４２ Ｃｕｉ Ｈ Ｈ， Ｌｉｕ Ｊ Ｆ． ２０１６．ＣＦＤ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｌａｎｔ ｃｒｉｔｉｃａｌ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｓｃｉｅｎｔｉａｅ Ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，３６（１０）：３６３６⁃３６４２ 基于污染物临界粘附力的超滤动态过程的ＣＦＤ模拟 ∗ 崔海航 ，刘珺芳 西安建筑科技大学环境与市政工程学院，西安７１００５５ 收稿日期：２０１５⁃１１⁃１９　 　 　 修回日期：２０１６⁃０１⁃０５　 　 　 录用日期：２０１６⁃０１⁃０７ 摘要：针对膜污染的动态变化问题，通过计算流体力学（ＣＦＤ）手段建立了中空纤维膜的二维轴对称模型，综合考虑了污染物间粘附力及水流剪 切力的影响，提出有效剪切应力的概念，在模型中耦合了变形几何、自由多孔介质流动及稀物质传递３种物理场，将污染物法向积累、切向有效 剪切与污染物界面处的网格速度相关联，建立了膜面污染物截留的动态模型．依据死端过滤与错流过滤的实验数据，确定出模型的匹配参数． 在此基础上，研究了不同进给方式（连续流与脉冲流）对膜面污染物的影响．模拟结果表明，当水流剪切力足以克服污染物的临界粘附力时，可 对膜面污染物起冲刷作用；与连续流相比，脉冲流具有更高的有效剪切速率，在对膜面污染物的冲刷作用方面更具优势． 关键词：超滤；计算流体力学；膜污染；变形几何；临界粘附力 文章编号：０２５３⁃２４６８（２０１６）１０⁃３６３６⁃０７　 　 　 中图分类号：Ｘ１７　 　 　 文献标识码：Ａ ＣＦＤ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｌａｎｔ ｃｒｉｔｉｃａｌ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ ∗ ＣＵＩ Ｈａｉｈａｎｇ ，ＬＩＵＪｕｎｆａｎｇ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ′ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００５５ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ １９ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１５；　 　 　 ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｉｎ ｒｅｖｉｓｅｄ ｆｏｒｍ５ Ｊａｎｕａｒｙ ２０１６；　 　 　 ａｃｃｅｐｔｅｄ７ Ｊａｎｕａｒｙ ２０１６ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ，ａ ｔｗｏ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（２Ｄ） ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｅｒ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ （ＣＦＤ） ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｉｍｉｎｇａｔｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆ ＵＦｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｕｌｉｎｇ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｏｕｌａｎｔ⁃ｆｏｕｌａｎｔｃｒｉｔｉｃａｌａｄｈｅｓｉｏｎｆｏｒｃｅａｎｄ ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅ，ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ａｌｓｏ ｃｏｕｐｌｅｄ ｗｉｔｈ ｄｅｆｏｒｍｅｄ ｇｅｏｍｅｔｒｙ，ｆｒｅｅ ａｎｄ ｐｏｒｏｕｓ ｍｅｄｉａ ｆｌｏｗ，ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｆ ｄｉｌｕｔｅｄ ｓｐｅｃｉｅｓ．Ｇｒｉｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｔ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｗａｓｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｌａｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｓｈｅａｒ．Ｔｈｅ ｆｉｔｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ