膜蒸馏是一种结合蒸发原理的膜分离技术,因其运行能耗较小,并且可以实现水资源的回收再利用,近年来倍受关注。课题组在研究脱硫废液处理的过程中,发现采用真空膜蒸馏可以获得较大的膜通量,并且简单易行,具有很好的发展潜力。然而由于产气效率的限制,导致其在工程应用方面的推广不佳。研究基于课题组前期研究的成果,利用CFD技术对内压式真空膜蒸馏进行了全面深入的理论、数值模拟与试验研究,为后续产品研发提供了一种新的方式和一定的理论依据。论文的主要研究成果包括:(1)以试验膜组件为基础,建立了可用于真空膜蒸馏数值模拟的通用基础模型,采用ANSYS-FLUENT进行仿真分析。运算结果与试验数据的吻合度较好,相对误差在工程应用方面处于可接受范围之内,研究成果对工艺运行有着实际的指导意义,表明通过CFD技术研究内压式真空膜蒸馏是可行的。(2)将膜蒸馏过程分为膜内和膜外两个阶段进行分析,对影响膜丝内部相变过程的因素进行研究。结果表明:增大流量、温度和真空度均可促进膜蒸馏过程,但温度和真空度的效果明显大于流量因素。因此,在技术可行及经济允许等条件下,提高膜通量应主要从温度和真空度因素入手。(3)将膜丝外壁面设置为气体入口,对气体抽离过程的流场分布以及膜丝分布和气体出口的影响进行研究。结果表明:蒸气在组件腔内的流场近似呈左右对称状分布;就当前膜蒸馏的产气效率而言,膜丝和气体出口的分布对气体抽离过程的影响较小。因此,强化膜蒸馏过程应以促进膜丝内部的相变阶段为主。(4)通过对气液流膜蒸馏过程的研究,发现气液流(均匀混合微米级气泡)在提高膜通量方面有着很好的表现,且其更为适应低能耗工况,是一种强化膜蒸馏过程的较好方式;其次,与单相流类似,温度和真空度对膜通量的提高要强于流量因素;此外,对于气液式真空膜蒸馏来说,存在最佳的气泡直径和气体比例,使得对膜蒸馏过程的强化作用达到最大。论文验证了利用CFD技术研究内压式真空膜蒸馏的合理性与优越性,与试验相比,数值模拟节省了大量人力和物力,能够有效缩短产品研发周期;此外,验证了利用气液流来强化膜蒸馏过程的可行性,并为后续研究提供了一定的理论基础,一定程度上促进了膜蒸馏技术产品化及其在工程应用中的推广。