浸沒式超濾膜過濾器內流場的數值模擬

李 金 王 澤

（河海大學力學與材料學院,南京 210098）

隨著水資源匱乏,水質惡化的加劇,以及人民生活對水質要求的提高,深度處理凈水技術的研發與應用顯得尤為重要.作為主流深度水處理技術之一的膜超濾技術不僅是保障飲用水微生物安全性的最有效技術,同時還在很大程度上提高了飲用水的化學安全性[1].與內壓式膜相比,浸沒式超濾膜能耗低,易于同其他工藝相結合,適于新建尤其是已建水廠的升級改造.

計算流體動力學（Computational fluid dynamics,CFD）是建立在經典流體動力學與數值計算方法基礎之上的一門新型獨立學科,通過計算機數值計算和圖像顯示的方法,在時間和空間上定量描述流場的數值解,從而達到對物理問題研究的目的[2].

目前,國內外應用CFD對膜過濾技術的研究主要有兩個方面:一是從微觀角度,研究單一膜絲內部的流態特性,Polyakov[3]應用數值模型研究了外端固定的中空纖維膜過濾器,得出了膜的過濾深度與滲透率,流量之間的變化關系.王捷等[4]建立了單個浸沒式中空纖維的過濾模型,對雙端出水的中空膜纖維的外形尺寸進行了優化,結果表明:膜纖維內徑和長度對軸向通量分布影響最大.二是從宏觀角度,研究膜過濾反應器中的流態分布及特征,Shakaib等[5]針對纏繞式膜的形狀對水利特性和質量轉移的影響進行了三維CFD模擬,結果表明了膜絲長度,粗細程度和水流進水位置等參數對壁面剪切力和質量傳遞系數有較大的影響……