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膜分离过程中的膜污染是颗粒在膜表面(或膜孔道内)的可逆或不可逆沉降过程造成的。颗粒沉降是一个受力的影响、从远程至近程的整体连续过程,因而颗粒受力分析是流场中颗粒运动研究的核心问题之一,也是理解和认知膜污染机制的关键。本文以超滤和纳滤错流过滤过程中颗粒的运动和沉降为研究对象,通过对超滤和纳滤过程中的颗粒受力分析,解析了颗粒垂直方向和水平方向主要受力特征。构建了颗粒受力的用户自定义函数(User Defined Function,UDF),并与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)中的离散相模型(Discrete Phase Modeling,DPM)耦合,设置模拟参数和边界条件,确定了系统的模拟方法。通过对超滤和纳滤过程中的膜通量进行实验和模拟分析,获得了准确可靠的CFD模拟膜通量模型。对不同工况下颗粒沉降情况进行研究,发现实验与模拟结果一致,均为跨膜压差越大,错流速度越小时,颗粒沉降概率越大,过滤初期颗粒沉降情况对过滤总体沉降情况影响显著。相同工况条件下,超滤实验中颗粒沉降概率在32%-42%之间,模拟概率在34%-42%之间。纳滤实验中颗粒沉降概率在8%-15%之间,模拟概率在7%-13%之间,表明CFD模拟颗粒沉降结果较准确。建立了显微粒子图像测速(Micro-Particle Image Velocimetry,Micro-PIV)可视化错流过滤系统,对分布在流场中的颗粒进行高速拍照。通过对颗粒速度和流场进行分析,表明可视化实验结果与模拟结果较吻合,CFD可准确模拟本系统流场。基于准确的模拟结果,进一步考察了颗粒性质与操作条件对颗粒受力与沉降概率的影响,对膜污染的关键因子进行识别,确定了不同工况下膜表面颗粒沉降概率函数,形成有针对性地膜污染控制策略,包括改变料液性质、优化操作条件等。最终为实验和膜组件的优化设计提供科学依据,对膜污染的研究起较好的指导作用。