卷式膜组件进料隔网的结构与性能研究

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近年来,水环境恶化和淡水资源短缺加速了水处理技术的发展。卷式膜组件在水处理技术中最为普遍,因其装填密度高、支撑结构简单等诸多优势而得到广泛应用。其中,作为膜填充通道间“湍流促进剂”的进料隔网,内角处存在流动死区而容易结垢,是造成组件能耗增大、膜寿命缩短等缺陷的主要因素。因此,优化进料隔网的几何结构,是改进卷式膜组件水处理能力的关键难题之一。本文以进料隔网的几何结构为研究对象,基于CFD技术探究了不同几何结构的隔网垫片填充通道的流体力学特征,从而寻求具有更优性能的创新型进料隔网。以增大隔网单元内角为出发点,对结点式隔网垫片进行模拟,分析了四边形、六边形及八边形隔网的流体流动状态、通道压降、膜壁剪应力及流动死区分布等水力学特征。结果表明,四边形和六边形垫片填充通道的能耗适中,膜壁剪应力分布均匀,优势明显,但仍存在流动死区明显、湍流程度较低等问题。针对结点四边形、六边形进料隔网中存在的问题,进一步优化其几何结构。对于四边形隔网垫片,从结点大小、结点形状、隔网单元拉伸及倒角设计等多个方向进行模拟探究,结合生产过程能耗和隔网性能等指标进行分析比较,得到了四种较优模型,分别为DS-2、DS-3、DS-4和ST-2。另外,在优化模型基础上进行穿孔设计,结果表明,当穿孔直径为0.15 mm且仅在结点处设置穿孔时,不仅可实现流道压降的有效降低,还可促进流体湍流程度的适度增长。对于结点六边形,从穿孔模式设计和减小横丝直径两个方向进行优化探究,结果表明,SLR-2、SLR-3和SLH-3三种模型表现出了更佳优势。本课题利用数值模拟手段,探究了多种不同几何参数设置下的进料隔网垫片的水力学性能特征,经过结构优化的隔网垫片可有效提升卷式膜组件的综合性能,研究成果对隔网垫片的设计与制造具有理论指导意义。
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