耦合颗粒受力解析的CFD模型及其在超滤膜污染机制中的应用

膜污染可以视为颗粒在膜表面的沉降过程。为深入了解在过滤通道内发生的颗粒迁移和沉降过程,建立了一种耦合颗粒受力的计算流体力学(CFD)模型。通过分析颗粒在超滤过程中的受力,将颗粒受力分析的用户自定义函数(UDF)与CFD中的离散相模型(DPM)耦合,对颗粒的迁移轨迹及沉降进行模拟,并利用过滤实验和微粒子图像测速技术(Micro-PIV)对CFD模拟结果进行了验证。结果表明:颗粒沉降概率与跨膜压差呈正相关,与错流速度呈负相关,超滤实验证明了CFD模拟颗粒沉降的准确性。Micro-PIV示踪粒子的运动轨迹记录膜腔内的速度场分布也验证了CFD模拟流场的准确性。CFD模型可视化地并直观地揭示了膜过程流场和颗粒运动情况,为理解膜污染机制提供了科学依据,对优化膜模块具有重要的指导作用。