膜科学与技术

无机陶瓷膜管内部气流场的数值模拟

作者：周相府，聂登攀，吴怡逸，陶文亮

单位：贵州民族大学化学工程学院，贵州贵阳 550025;贵州省科学技术协会，贵州贵阳 550025

关键词： CFD；多孔介质；无机陶瓷膜管；压降；湍流

出版年,卷(期):页码： 2021,41(2):110-116

摘要：

为了探明无机陶瓷膜管（以下简称膜管）过滤气体时，不同工作压力下膜管内部气流场的变化特性，本文利用计算流体力学（CFD）对膜管内部气流场进行仿真计算。模拟结果揭示了气流在膜管内压力场、速度场以及湍流动能的变化规律，并且以湍流动能为参考，评价膜管易损位置，发现不同工作压力下膜管上端L=200mm处和下端L=800mm处湍流动能最大，所受气体扰动最强，该位置容易受到损坏；本文所设模型能预测膜管内部气流场的变化规律，为膜管的工业应用设计提供一定的指导。

In order to clarify the inorganic ceramic membrane tube (referred to as membrane tube) filter gas, The characteristics of the flow field inside the membrane tube under different working pressures, In this paper, computational fluid dynamics (CFD) is used to simulate the flow field inside the membrane tube. The simulation results reveal the variation rules of the gas flow in the pressure field, velocity field and turbulent kinetic energy in the membrane tube. Taking the turbulent kinetic energy as a reference, the vulnerable position of the membrane tube is evaluated. It is also found that under different working pressures, The turbulent kinetic energy at the top （L=200mm）and bottom（L=800mm）is the highest and the gas disturbance is the strongest, which is vulnerable to damage. The model presented in this paper can predict the change rule of the flow field inside the membrane tube and provide some guidance for the industrial application design of the membrane tube.

周相府（1995），男，贵州六枝，硕士研究生，从事膜分离方向，E-mail：1047458096@qq.com

参考文献：

[1] 林汝谋,蔡睿贤，肖云汉，徐大懋. 先进的燃煤联合循环发电技术[J]. 动力工程, 1994, (04): 1-6+63.
[2] 赵锦. 我国发展IGCC的思考[J]. 应用能源技术, 2009, (09): 4-6.
[3] 曹俊倡, 薛友祥, 李小勇,等. 碳化硅质高温陶瓷膜材料在Shell煤气化装置中的应用[J]. 现代技术陶瓷, 2013, 34(01): 51-53.
[4] 伦文山, 彭文博, 王跃超,等. 高温气固分离SiC多孔陶瓷材料制备及性能研究[J]. 佛山陶瓷, 2015, 25(12): 19-21+29.
[5] 刘家栋. 高温过滤用碳化硅陶瓷膜的制备与性能研究[D]. 中国地质大学(北京), 2019.
[6] 王稚阳. 基于无机陶瓷膜在高温烟气除尘方面的应用[D]. 贵州大学, 2006.
[7] 马洁, 王春波, 任育杰,等. 柔性膜高温除尘器内气固两相流动数值模拟与优化设计[J]. 华北电力大学学报(自然科学版), 2019, 46(01): 95-102.
[8] 杨世亮. 流化床内稠密气固两相流动机理的CFD-DEM耦合研究[D]. 浙江大学, 2014.
[9] Wiley D E, Fletcher D F. Techniques for computational fluid dynamics modelling of flow in membrane channels[J]. Journal of Membrane Science, 2003, 211(1): 127-137.
[10] Chen H L, Zhao M G, Yang L W, et al.: INVESTIGATION ON THE OSCILLATING GAS FLOW ALONG AN INERTANCE TUBE BY EXPERIMENTAL AND CFD METHODS, Weisend J G, editor, Advances in Cryogenic Engineering, Vols 55a and 55b, Melville: Amer Inst Physics, 2010: 45-51.
[11] Chen G Y, Yuan G D, Zheng L Y, et al.: Analysis of flow in power plant flue via Fluent simulations, Zhang X, Zhang B, Jiang L, Xie M, editor, Civil, Structural and Environmental Engineering, Pts 1-4, Durnten-Zurich: Trans Tech Publications Ltd, 2014: 2630-+.
[12] 路勇. 陶瓷膜管除尘器工业试验装置的研究[D]. 贵州大学, 2009.
[13] 陶文亮, 艾浩, 韩敏,等. 无机膜管气体除尘流场分布的数值模拟[J]. 膜科学与技术, 2008, 28(06): 102-105.
[14] 温祖文, 田蒙奎, 陶文亮. 无机陶瓷膜除尘器内部流场的数值模拟[J]. 环境科学与技术, 2018, 41(03): 193-197.
[15] 陶文亮, 田蒙奎, 聂登攀. 无机膜在高温气体除尘中的试验研究[J]. 膜科学与技术, 2006, (01): 35-38.
[16] 安恩科, 张瑞, 韩益帆,等. 多相湍流燃烧数值模拟的网格无关性分析[J]. 锅炉技术, 2018, 49(6): 54-58.
[17] 冯静安, 唐小琦, 王卫兵,等. 基于网格无关性与时间独立性的数值模拟可靠性的验证方法[J]. 石河子大学学报（自然科学版）, 2017, 35(1): 52-56.
[18] 庄黎伟, 许振良, 魏永明,等. 中空纤维膜组件壳体流体分布与阻力研究[J]. 膜科学与技术, 2018, 38(03): 25-33.
[19] Damak K, Ayadi A, Zeghmati B, et al. A new Navier-Stokes and Darcy's law combined model for fluid flow in crossflow filtration tubular membranes[J]. Desalination, 2004, 161(1): 67-77.
[20] Coroneo M, Montante G, Baschetti M G, et al. CFD modelling of inorganic membrane modules for gas mixture separation[J]. Chemical Engineering Science, 2009, 64(5): 1085-1094.
[21] Seguin D, Montillet A, Comiti J, et al. Experimental Characterization of Flow Regimes in Various Porous Media—II: Transition to Turbulent Regime[J], 1998, 53(22): 3897-3909.
[22] 刘培生, 杨全成, 周茂奇. 多孔材料透过性能的表征[J]. 钛工业进展, 2006, (04): 12-16.
[23] 王海彦，刘永刚等编. ANSYS Fluent流体数值计算方法与实例[M]. 北京：中国铁道出版社, 2015: 326.
[24] 屈帅丞, 李阳, 江俊. 基于CFD模拟的翅片管束多孔介质模型建立方法及流场模拟 [J]. 应用力学学报, 2020, 37(02): 494-499+922.
[25] Li S, Wei C, Zhou L, et al. Tuning microstructures and separation behaviors of pure silicon carbide membranes[J]. Ceramics International, 2019, 45(15).
[26] 李伟, 王珂. 基于CFD的滤材仿真参数研究[J]. 汽车零部件, 2011, (10): 85-87.
[27] 方立军, 刘静静. 陶瓷过滤管除尘过程的数值模拟[J]. 电力科学与工程, 2013, 29(4): 54-58.
[28] 彭文博, 漆虹, 陈纲领,等. 19通道多孔陶瓷膜渗透过程的CFD模拟[J]. 化工学报, 2007, 58(8): 2021-2026.
[29] 刘静静. 高温陶瓷过滤除尘器的实验与数值模拟研究[D]. 华北电力大学, 2014

服务与反馈：

【文章下载】【加入收藏】

《膜科学与技术》编辑部地址：北京市朝阳区北三环东路19号蓝星大厦邮政编码：100029 电话：010-64426130/64433466 传真：010-80485372邮箱：mkxyjs@163.com