逆电渗析(RED)是基于膜的将溶液的盐差能转换成电能的技术。在RED电堆中,一般采用不传导离子的聚合物隔网对相邻的离子交换膜进行分隔,由此形成供溶液流动的通道。隔网的存在虽然可以增强溶液的掺混从而减小浓差极化,但也会带来一些问题:不传导离子的隔网直接覆盖在膜的表面,减少膜的有效面积;同时,使通道内离子的移动路径变得曲折,导致电堆的欧姆内阻增加。如果使用异形膜来替代传统的光滑膜与隔网的组合,则有可能解决这些由使用隔网带来的问题。此时,异形膜表面上微结构的几何特性对RED通道内的传质与压降会有重要的影响。在现有的异形膜表面结构中,有的对流体扰动较差,有的会导致较大的流动阻力,有的则会带来制造和装配上的困难。还没有综合性能令人满意的异形膜结构。因此,有必要继续寻找新型异形膜结构并对其流动与传质性能的影响进行研究。本文提出了一种新的异形膜微结构:单面直脊V形结构,并采用ANSYS CFX软件对该异形膜通道内的流动与传质进行了三维数值模拟。首先对网格的无关性进行了分析,并对数值模型的准确性进行了验证。接着研究了几何参数与Re数对V形异形膜通道内的流动及传质性能的影响。模拟计算结果表明,V形微结构可在其下游诱发产生漩涡,从而对流体进行扰动,促进流体混合。在V形微结构的位置处,垂直于壁面的速度分量增加,导致较大的壁面剪应力以及较好的质量传递。随着雷诺数的增加,V形结构对流体的掺混作用增强,因此传质得到较大提高、浓度分布的均匀性增加,浓差极化减小,但与此同时,泵功消耗也将增加。随着V形结构高度的增加,V形结构处通道的截面积减小,垂直于主流方向的速度分量增加,这会对壁面产生较大的冲刷力度,从而增大壁面剪应力,强化传质。随着V形微结构节距的减小,其对溶液的扰动作用将增强,因此传质也会增强,浓度分布变得更均匀,浓差极化会减弱,但流动阻力也将增大。随着V形结构夹角的变大,功率数将增加,传质将变弱,浓度分布的均匀性也将变差,但总的说来,V形结构夹角对流动和传质的影响是比较小的。总结V形结构几何参数的影响可以得出,通过减小V形结构的节距,适当增加V形结构的高度,减少V形结构的夹角,以及增加雷诺数,可在较低的流动阻力下得到较好的传质效果。在本文中最优的V形微结构几何参数是:V形结构的节距为通道高度的2倍,V形结构夹角为60°,V形结构高度为150μm。