21085

۲۱۰۸۵

تحليل هيدروديناميكي جريان سيال در مدول‌هاي تصفيه آب غشاء مارپيچ و الياف توخالي

دكتري

تبديل انرژي

۱۳۹۲

1398/6/30

دكتر شهرام درخشان - دكتري مهدي مقيمي

Dr. John Gorman

مكانيك

فرآيند تصفيه آب با استفاده از غشاء، توسط مدول‌هاي متنوعي صورت مي‌گيرد كه مدول‌هاي غشاء مارپيچ (SWM) و الياف توخالي (HF) پركاربردترين آن‌ها هستند. در اين مطالعه، مدل‌هاي دقيق‌تر و ساده‌تري براي پيش‌بيني رفتار هيدروديناميكي اين مدول‌ها ارائه شده است. با استفاده از اين مدل‌ها، راهكارهايي در راستاي بهبود عملكرد اين دو مدول پيشنهاد شده است. در اين پژوهش، مدل‌هاي جديدي براي بيان هيدروديناميك مدول غشاء مارپيچ در دو حالت غشاء صاف و منحني ارائه شدند. با استفاده از حل رياضي معادلات جريان دارسي، معادلاتي جبري براي ميدان‌هاي فشار به‌هم‌مرتبط دو كانال تغذيه و نفوذ بدست آمدند. اين مدل، توانايي پيش‌بيني سه پارامتر مهم خروجي نسبت بازيابي سيال، دبي آب تصفيه‌شده و سرعت عبور آب از غشاء را در يك فرآيند حل با زمان محاسباتي كم و دقت قابل‌قبول دارد. در غشاء صاف، نسبت طول به عرض غشاء برابر 3.6 منجر به حداكثر نسبت بازيابي براي مدول تجاري اسمز معكوس درنظرگرفته شده گرديد. همچنين نتيجه اين شد كه افزايش نسبت فشار دو سر كانال تغذيه تا مقدار 0.98 (كاهش افت فشار) باعث حداكثر شدن نسبت بازيابي در غشاءهاي مربعي‌تر مي‌گردد. همچنين، نتايج آناليز حساسيت پارامترها نشان‌دهنده‌ي تأثير بيشتر سه پارامتر فشار كاري، افت فشار كانال تغذيه و قطر ميله جداكننده بر حل جريان بود به‌طوري‌كه 15% افزايش در اين پارامترها منجر به افزايش 10% دبي آب توليدي و نسبت بازيابي سيال گرديد. مشاهده شد كه اختلاف پارامترهاي خروجي در دو حالت غشاء صاف و منحني بستگي به مقدار پارامترهاي عرض غشاء، نفوذپذيري طرف كانال نفوذ و مقاومت غشاء داشته ولي كمتر از 10% مي‌باشد. انحناء غشاء تغييرات قابل‌توجهي را در توزيع فشار كانال نفوذ و تأثير رفتار سيستم با عرض غشاء داشت. براي بررسي هيدروديناميك غشاء الياف توخالي، مدل‌سازي عددي با حل معادلات بقاء جرم و ناوير-استوكس براي جريان آب روي خوشه‌اي از الياف‌هاي توخالي و غوطه‌ور ارائه گرديد. ويژگي اصلي اين مدل‌سازي درنظر گرفتن نفوذپذيري ذاتي الياف‌هاي توخالي است كه در گذشته در نظر گرفته نمي‌شد. مشخص شد كه مدل‌هاي گذشته در برخي شرايط تا 70% افت فشار را بيشتر از مقدار واقعي محاسبه مي‌نمودند.

1398/07/07

Investigation of the fluid flow hydrodynamics in water treatment modules of spiral-wound membrane and hollow fiber

9/21/2019 12:00:00 AM