[發明專利]一種螺旋纏繞式膜元件的參數計算方法

在審

• 申請號: 202111257218.1
• 申請日: 2021-10-27
• 公開（公告）號: CN114169257A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 陳亦力;王帥;王麗;石月榮;尹利鵬;方飛遠;魏乾乾
• 申請（專利權）人: 北京碧水源膜科技有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/17;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種螺旋纏繞式膜元件的參數計算方法，其特征在于，包括：

采用流體力學理論對螺旋纏繞式膜元件的各部分結構進行建模；

基于螺旋纏繞式膜元件的各部分結構的模型，對螺旋纏繞式膜元件的進水側和產水側進行理論分析建立進水隔網計算模型和產水隔網計算模型，利用所述進水隔網計算模型和產水隔網計算模型計算出膜元件進水側和產水側各位置的壓力差，得到螺旋纏繞式膜元件內部各位置的跨膜壓差值；

根據螺旋纏繞式膜元件內部各位置的跨膜壓差值、膜元件中膜頁數、單頁膜面積值與膜元件壓力-膜通量性能曲線，計算出螺旋纏繞式膜元件的產水量。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的采用流體力學理論對螺旋纏繞式膜元件的各部分結構進行建模，包括：

采用流體力學理論對螺旋纏繞式膜元件的各部分結構進行解析和建模，所述各部分結構包括膜元件、進水隔網、中心管、產水隔網及外部膜殼，所述進水隔網為多孔網狀結構，所述產水隔網為編織形成的具有導水流道的網狀結構，所述膜元件由多頁膜袋組成，每一頁膜袋由一張對折膜元件、置于膜元件中間的產水隔網和膜元件外側的進水隔網組成。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用所述進水隔網計算模型和產水隔網計算模型計算出膜元件進水側的壓力差，包括：

通過進水隔網計算模型利用無量綱因子雷諾數、摩擦系數來計算得到不同型號進水隔網的壓力損失計算值：

λ＝f(Re)

式中：λ為摩擦系數；Re為雷諾數；ΔP為壓力損失，Pa；l_m為元件長度，m；D_h為水力直徑，m；v為流速，m/s；ρ為水密度，kg/m³；μ為水動力粘度，Pa·s；

對含有均勻進水隔網的平板流道，當b_SPh_SP時，水力直徑D_h用下式表示：

式中：V_Tot為流道總體積，m³；V_SP為隔網體積，m³；S_FC為平板流道潤濕面積，m²；S_SP為隔網潤濕面積，m²；b_SP為隔網單頁總長度，m；h_SP為隔網厚度，m；

其中，對進水隔網進行基本參數表征計算：

V_SP＝0·5πd²L_sP

V_Tot＝b_sph_spI_m

式中：ε為隔網孔隙率；S_V,SP為隔網特征面積，m²；d為纖維直徑，m；L_SP為纖維總長度，m。

結合以上計算，水力直徑D_h的計算公式簡化為：

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的利用所述進水隔網計算模型和產水隔網計算模型計算出膜元件產水側各位置的壓力差，包括：

將產水流道簡化為絕對光滑壁面管流，其Re值小于2300，為層流，得到膜元件產水側的阻力損失計算公式為：

λ＝64/Re

式中：H_f為膜元件產水側的沿程阻力損失，m；λ為摩擦系數，L為產水流道長度，m；g為重力加速度，m/s²。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的根據螺旋纏繞式膜元件內部各位置的跨膜壓差值、膜元件中膜頁數、單頁膜面積值與膜元件壓力-膜通量性能曲線，計算出螺旋纏繞式膜元件的產水量，包括：

根據不同膜元件所對應的直徑尺寸為極限值，確定膜元件內部膜元件、進水隔網和產水隔網的厚度、寬度與長度以及所用中心管直徑的大小，進而得到膜元件的膜面積；

由進水側和產水側壓力分布計算膜兩側的跨膜壓差值，再結合元件中膜頁數、單頁膜面積值與膜元件壓力-膜通量性能曲線，計算出膜元件的產水量。

膜元件的產水量計算公式為：A Q=n×q

式中：Q為元件產水量，L/min；q為單頁膜元件產水量，L/min；f為單頁膜元件壓力與膜通量性能曲線，A為性能曲線斜率，B為性能曲線截距，S為元件中單頁膜面積，m²。