庄黎伟，马晓华，魏永明，杨 虎，许振良

(西陇科学股份有限公司，广东 汕头 515000)

膜分离技术作为一种极具前景的高新技术，已被广泛应用于环境、生物、化工、医药等领域。然而，现今膜领域仍存在诸多技术难题亟待解决，其中之一，就是研究作为膜分离过程的发生装置-膜组件内的流体力学和质量传递过程，优化膜组件结构，使其保持长期高效稳定运行[1]。

在众多膜组件型式中，中空纤维膜得到的关注最多，应用也最广。这得益于其高比表面积，高装填密度，自支撑的优点[2]。因而，文献中有大量关于中空纤维膜组件的实验和模拟研究。由于工业级中空纤维膜组件内紧密装填成千上万根膜丝，无法获得组件内流场的图像。因此，文献中的实验和模拟研究大多基于单根或者若干根膜丝[3-5]。虽然这种简化方式也能获得膜丝内外流场的细节，但是与实际组件存在很大差异。

因此，本文将建立工业级中空纤维膜组件的CFD模型和模拟方法，考察实际过程中，膜丝非均匀装填对组件内流场的影响，为工业级组件设计提供依据。

1 模型与模拟

(a)均匀装填；(b)由壳体边缘向内逐渐紧密；(c)由壳体内向边缘逐渐紧密；(d)随机装填

组件的具体结构参照文献[6]。该组件垂直安装，原液从底部分布器进入到壳程，在跨膜压差的作用下，进入到组件管程，由于是死端操作，原液全部转化为纯水，并在顶部端盖收集，从出口离开。假设原液为25 ℃纯水，在操作过程中，物性保持不变。膜丝假设为刚性可渗透直管，达西渗透系数为4.9×1016。……