正渗透过程中,通过改变膜面的剪切力可以减缓浓差极化并控制膜污染。为了获取更多的膜面水力学特性的信息,提高正渗透过程的渗透性能,本研究提出一种基于光栅传感技术的正渗透膜面剪切力分布测量的方法,并结合计算流体力学对膜面的流场分布进行分析及优化,探讨入口流速、流动方向、单侧流速对剪切力分布及渗透性能的影响。结果表明,FBG传感技术可用于监测FO过程中膜边界的水力学特性,提供更多有效的过滤过程的信息,主要得出如下结论:(1)FO组件内部存在不均匀的流场分布特征。CFD模拟结果表明,组件的结构设计影响了膜面最大速度位置及回流区的分布,使平板FO膜表面呈现出区域化的差异。(2)膜面剪切力呈现空间分布的不均匀变化,操作条件的设计需要协调膜两侧ECP和ICP的作用。FBG结果表明,渗透压不会直接造成FBG波长发生变化。沿着FO膜表面,剪切力在空间上呈现分布的不均匀特征,这将直接导致渗透通量的变化;膜面中间位置的剪切力较高,这使膜面特定位置出现较高的扩散负载。增大入口流速能有效的改善膜面各位置的冲刷作用,但单纯增加剪切力并不能更好的减缓浓差极化,获得更高的水通量,这主要是由于高FS和DS剪切力会显著增加溶质向支撑层内部的扩散,增加了ICP对FO渗透过程的影响。(3)逆流模式表现出更好的水力学特性,作为最优的操作条件。与并流模式相比,逆流模式形成的剪切力更大、水流的冲刷频率更快,且剪切力的分布更均匀。同时在逆流模式下,通过增加膜两侧的剪切力能有效地改善膜通量,这是由于较高的传质速率使膜两侧的渗透压相对较大且更均匀,能够提高膜表面的利用率,获得更高的渗透通量。(4)单侧膜面剪切力的增加会对膜两侧的浓差极化产生不同的影响。单独增加FS侧或DS侧流速,会使膜面的应力分布发生变化,从而导致膜面浓度分布的变化,改变水通量。FS侧剪切力的增加,降低膜面附近处溶液的浓度,达到减缓外浓差极化的效果;但增加DS侧剪切力加速了溶质向支撑层内部的扩散,虽然降低了RSF,但累积在支撑层内部的溶质严重加剧了内浓差极化,会对FO渗透过程产生不利的影响。