Zeitschrift für Membranwissenschaft und -technologie

Abstrakt

Untersuchung der Zulaufrandbedingungen einer Kapillarmembran mit poröser Wand während der Dead-End-Rückspülung

Hussam Mansour und Wojciech Kowalczyk

Die Kapillarmembrantechnologie hat sich zu einer der effektivsten Methoden zur Trinkwassergewinnung entwickelt. Die Lebensdauer und Durchlässigkeit der Membran werden erheblich durch die Betriebs- und Rückspülbedingungen beeinflusst. Um den Rückspülvorgang zu verbessern, wurden die Strömung in der porösen Wand und der Druckabfall innerhalb der Kapillarmembran numerisch untersucht. Zu diesem Zweck wurde ein 3D-Modell simuliert, das die stationäre laminare Strömung innerhalb der im Dead-End-Modus betriebenen Kapillarmembran beschreibt. Der Einfluss verschiedener Randbedingungen sowohl auf das Strömungsmuster innerhalb der Kapillarmembran als auch auf die Eigenschaften der Membran wurde untersucht. Dabei wurden der Druckabfall im Modul und das axiale sowie radiale Geschwindigkeitsprofil unter Berücksichtigung der Membranverschmutzung geschätzt. Die Berechnung des Permeatflusses trägt dazu bei, die Rückspülleistung zu erhöhen und den Energieverbrauch zu minimieren. In der vorliegenden Studie wird die Methode der Kopplung der Navier-Stokes-Gleichung für die freie Strömung und des Darcy-Forchheimer-Ansatzes zur Vorhersage der Strömung in der porösen Membran vorgeschlagen. Das CFD-Modell wurde durch Vergleich der numerischen Ergebnisse mit den experimentellen Daten validiert. Es wurde eine sehr gute Übereinstimmung erzielt.