理解膜蒸馏中的流动动力学：反应器设计对极化的影响
流体动力学
2023-04-13 v3
摘要
全规模膜蒸馏 (MD) 系统的优化与设计通常需要基于实验室规模系统开发的舍伍德 (Sherwood) 和努塞尔 (Nusselt) 关联式。然而，实验室规模系统中的入口效应会显著影响反应器内的热量、质量和动量传递，从而影响所开发实验关联式的准确性。在此，我们使用 OpenFOAM 进行计算流体动力学 (CFD) 模拟，以理解直角弯头和入口设计对 MD 系统中流动动力学、温度和浓度极化的影响。模拟结果表明，直角弯头和突扩入口的存在会导致迪恩涡 (Dean vortices) 的形成。迪恩涡增强了 MD 系统中的垂直混合，并降低了温度极化和浓度极化。在相同体积流量下，带有直角弯头和突扩入口的 MD 系统中的温度和浓度极化系数差异显著。我们的研究表明，具有相同体积流量但设计不同的实验室规模系统会导致显著不同的努塞尔和舍伍德关联式。本研究展示了在实验室规模系统设计中引入 CFD 指导以最小化入口效应并抑制迪恩涡的重要性，从而实现跨多尺度一致的模式开发与标定。
引用
@article{arxiv.2209.04983,
title = {Understanding Flow Dynamics in Membrane Distillation: Effects of Reactor Design on Polarization},
author = {Yinuo Yao and Siqin Yu and Ilenia Battiato},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.04983},
year = {2023}
}
备注
53 pages, 15 figures