基于CFD的单根中空纤维膜丝管通量分布特性研究

膜污染制约了MBR处理效率和应用效果，因此利用CFD和Fluent软件深入开展MBR污水处理特性优化研究对于减缓膜污染现象具有重要的实际意义。本文基于计算流体力学(CFD)方法并使用Fluent软件建立了单根中空纤维膜丝管的仿真模型，划分了仿真模型的网格，设置了模型的边界条件，轴向仿真了单根中空纤维膜丝管CFD模型，分析研究了膜丝管的膜通量分布特性，仿真结果证实，当加大膜丝管内某一部分的膜通量时，该部位膜丝的高通透指数会增加，从而使单根中空纤维膜丝管产生贯穿整体的跨膜压差，这一压强差会导致膜丝管通量的不均匀分布，从而影响单根中空纤维膜丝管的能源使用效率。

中空纤维膜组件是膜生物反应器的基本组成结构之一[1]。本文使用Fluent 软件建立了单根中空纤维式渗透汽化膜丝管的CFD 模型，并对建立的单根中空纤维膜CFD 模型进行轴向仿真，分析研究膜通量分布特性并研究影响单根中空纤维膜丝管能源使用效率的因素。由于膜组件的压降较大，因此采用气液两相混合进料进行模拟，气液两相进料模拟能够高效地减少中空纤维式渗透汽化膜内部压强，促进管流湍动，削弱壁面处所形成的浓度差和温度差极化层，增大传质效果。膜内的流体发生渗透汽化时，有一部分会在组分溶解扩散透过膜时耗热，另外有一部分，在透过层时会蒸发，从而有一定的耗热，大多数流体会在经过这两种情况后造成自身温度的损耗，但是如果采用气液两相混合进料进行模拟，因为有气体可以产生这部分所必须的热量，所以不需要液体损耗自身热量。本文研究的膜生物反应器以天津某公司的产品为研究对象，首先附上某种8 英寸膜的性能参数，如表1 所示。

Table 1. UOF-4 type membrane module performance parameters table 表1. UOF-4 型膜组件性能参数表 指标 参数 1 纯水初始通量(25℃ 0.1 MPa) 6000 L/h~7000 L/h 2 产水浊度 ≤0.2 NTU 3 悬浮物(SS) ≤1 mg/L 4 膜材质 PVDF (聚偏氟乙烯) 5 中空纤维内径 0.6 mm 6 中空纤维外径 1.1 mm 7 纤维粘接材料 环氧树脂