| 摘 要： | 目的:在螺旋中空纤维膜脱氧过程中引入了Dean涡,与线型中空纤维膜脱氧过程相比传质速率显著提升。本文旨在建立新的螺旋中空纤维膜脱氧过程传质模型,探讨管程流体雷诺数、中空纤维膜结构参数、壳程真空度和操作温度对Dean涡强化传质效果的影响,并优化螺旋中空纤维膜脱氧过程操作参数。创新点:1.建立新的螺旋中空纤维膜脱氧过程传质模型;2.该传质模型可以应用于任何螺旋中空纤维膜气-液过程的传质行为描述。方法:1.实验研究管程流体雷诺数、中空纤维膜结构参数、壳程真空度和操作温度对Dean涡强化传质效果的影响,并与线型中空纤维膜传质进行对比。2.利用螺旋坐标系下的质量连续性方程以及Dean涡的摄动解描述管程溶质的传质行为;利用改进的尘气模型描述膜孔道内多组份气体的扩散行为;耦合建立新的螺旋中空纤维膜脱氧过程传质模型,并与实验结果进行比较。3.模拟脱氧过程的氧、氮、水三种组分的浓度分布,优化螺旋中空纤维膜脱氧过程的膜结构参数和操作参数。结论:1.实验和模拟结果均证实Dean涡可以有效提升脱氧传质速率,最大传质增强因子为2.2。2. Dean涡主要受到管程雷诺数和中空纤维膜曲率的影响;当管程雷诺数较大时,中空纤维膜即使存在很小的曲率,传质的速率也有显著的提升。
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