[發(fā)明專利]一種流固耦合模型模擬中空纖維膜膜絲抖動(dòng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910508383.6
• 申請(qǐng)日: 2019-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN110215847B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉雪菲;王遠(yuǎn);大衛(wèi)·韋特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇新宜中澳環(huán)境技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): B01D65/10
• 分類號(hào): B01D65/10;B01D69/08
• 代理公司: 無錫市天宇知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32208
• 代理人: 周舟

1.一種流固耦合模型模擬中空纖維膜膜絲抖動(dòng)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：將膜絲在水中浸泡四小時(shí)，采用機(jī)械拉伸儀測(cè)量拉伸橫向形變和縱向形變，從而得到膜絲在水中的楊氏模量來描述線性彈性材料的物理性質(zhì)和泊松比來表示橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值；

步驟二：設(shè)置一個(gè)模擬對(duì)象用于計(jì)算有限元模型模擬中空纖維膜受外力后的形變與位移，該結(jié)構(gòu)模擬的線性彈性力學(xué)控制公式為其中x_j為結(jié)構(gòu)受力的切應(yīng)力張量；F_i為外部力,P_s為結(jié)構(gòu)密度,D_i為結(jié)構(gòu)位移,t為時(shí)間，將柯西切應(yīng)力張量定義為其中E和v分別為步驟一中試驗(yàn)校核的楊氏模量和泊松比,ε_kk和ε_ij為應(yīng)變張量，模型中膜絲兩端模擬為固定端，膜絲表面設(shè)置為固液交界面；

步驟三：設(shè)置一個(gè)計(jì)算流體力學(xué)模型模擬小氣泡曝氣導(dǎo)致的兩相流；

步驟四：建立流固耦合模型建模，在以上模型的基礎(chǔ)上建立一個(gè)雙向流固耦合模型模擬氣泡上升流引起的膜絲抖動(dòng)現(xiàn)象，在每一個(gè)計(jì)算時(shí)間步，由步驟三中計(jì)算流體力學(xué)模擬得到的膜絲表面的切應(yīng)力和壓力傳送到步驟二的計(jì)算有限元模型中，并在模擬中作為對(duì)應(yīng)的膜絲表面受力，通過公式σ^s_ijn＝σ^f_ijn計(jì)算出膜絲表面受力，其中n為垂直膜絲表面的方向矢量，σ^f_ijn為從計(jì)算流體力學(xué)模擬計(jì)算的膜絲受力；

步驟五：模擬驗(yàn)證得出結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流固耦合模型模擬中空纖維膜膜絲抖動(dòng)方法，其特征在于，所述步驟一中的模擬對(duì)象為30cm長(zhǎng)，兩端固定，膜絲外徑1.3mm內(nèi)徑0.65mm的單根中空纖維膜。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流固耦合模型模擬中空纖維膜膜絲抖動(dòng)方法，其特征在于，所述步驟二中的流體力學(xué)模擬的模擬地形為包裹步驟二中模擬膜絲的400mm高，50mm直徑的圓柱體流場(chǎng)區(qū)域，網(wǎng)格采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，對(duì)于膜絲表面附近采用網(wǎng)格局部加密。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流固耦合模型模擬中空纖維膜膜絲抖動(dòng)方法，其特征在于，所述步驟四中在有限元模型中模擬的固液交界面處的局部位移也被傳送到計(jì)算流體力學(xué)中的膜絲表面位置作為移動(dòng)的邊界條件，通過公式：D_i^f＝D_i^s計(jì)算出邊界限定，其中D_i^f和D_i^s分別代表流場(chǎng)中的膜絲表面位移和有限元模擬中的固液交界面位移。