旋转管式膜分离器环隙间涡区域速度场分析

论文摘要

膜分离技术是一项新兴的高效分离技术,它具有使分离过程在常温下进行、能耗低、装置简单、易控制、易维修、适用范围广等优点。旋转管式膜微滤是20世纪80年代提出的一种动态膜分离技术,其环隙间生成的Taylor涡可以有效控制膜污染和浓差极化,较好地解决长期以来阻碍膜分离技术发展的难题,极具应用前景,但相应的研究尚处于起步阶段。 2001年,李海波老师和李强博士在北京大学技术物理系流场分析测试中心对旋转管式膜分离器环隙间的速度场进行了PIV（Particle Image Velocimetry）测试。本研究利用PIV测试数据对膜器环隙子午面和横截面速度场进行了分析,系统地研究了膜器环隙间的速度场特征。 首先,在不同内筒转速条件下,当无轴向流、无渗透流时,从PIV测试数据中得到了膜器环隙子午面Taylor涡的速度矢量图,并利用Tecplot软件分析了测试结果,得到了环隙子午面径向速度和轴向速度的分布规律。 然后,在有轴向流、渗透流下,从PIV测试数据中得到了旋转管式膜分离器子午面和横截面的速度矢量图。对本研究所采用的膜器,当流体未过渡到湍流状态时,只改变内筒转速这一条件,膜器涡核附近区域的流体径向速度、轴向速度和切向速度随内筒转速的增加而增加;只改变腔内压力这一条件,环隙子午面涡核附近区域流体径向和轴向速度并不随腔内压力增加而增加,而是在腔内压力0.22Mpa、入口流量12.143×10-3L·s-1,平均轴向流速5.368×10-3m·s-1时达到最大值。

论文目录

• 声明
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 微滤技术存在的问题
• 1.2 十字流膜滤的研究进展
• 1.2.1 静态十字流膜滤的研究进展及强化技术
• 1.2.2 动态十字流膜滤的研究现状与进展
• 1.3 本课题的意义和主要内容
• 1.3.1 本课题的意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 第二章 同轴旋转圆筒环隙间流场分析
• 2.1 Taylor数的定义形式
• 2.2 同轴旋转圆筒环隙流体稳定性分析
• 2.2.1 内外双膜无限长同轴旋转圆筒环隙间流体的定常流动
• 2.2.2 内外双膜无限长同轴旋转圆筒环隙间流体失稳时的扰动分析
• 2.3 小结
• 第三章 旋转管式膜分离器流场的测试原理和方法
• 3.1 流场测试实验系统
• 3.1.1 旋转管式膜分离器系统
• 3.1.1.1 膜器结构
• 3.1.1.2 流体输送系统
• 3.1.1.3 动力驱动系统
• 3.1.2 PIV测试系统
• 3.1.2.1 PIV测试原理
• 3.1.2.2 PIV测试系统的组成
• 3.2 Tecplot软件
• 3.3 旋转管式膜分离器的流场测试方案
• 3.3.1 测试系统流程
• 3.3.2 流场测试方法
• 3.4 小结
• 第四章 无轴向、无渗透流旋转管式膜分离器环隙子午面速度场测试分析
• 4.1 环隙子午面的流场测试
• 4.2 环隙子午面涡区域的速度场分析
• 4.2.1 Tecplot软件的使用
• 4.2.2 涡区域速度分析
• 4.3 不同内管转速下的环隙子午面的速度场测试分析
• 4.4 小结
• 第五章 有轴向和渗透流旋转管式膜分离器速度场测试分析
• 5.1 旋转管式膜分离器环隙子午面速度场特征
• 5.1.1 子午面涡区域速度场测试分析
• 5.1.1.1 涡区域的速度分析
• 5.1.1.2 膜管环隙垂直方向高位与垂直方向低位速度分布的异同
• 5.1.2 不同操作条件下子午面涡区域速度场分析
• 5.1.2.1 腔内压力相同内筒转速不同的速度场分析
• 5.1.2.2 腔内压力不同内筒转速相同的速度场分析
• 5.2 旋转管式膜分离器环隙横截面速度场特征
• 5.2.1 横截面速度场测试分析
• 5.2.2 腔内压力相同内筒转速不同的速度场分析
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢