Перспективы методов вычислительной гидродинамики при исследовании мембранных процессов

Автор: Ключников А.И., Овсянников В.Ю., Ключникова Д.В., Давыдов А.М.

Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet

Рубрика: Процессы и аппараты пищевых производств

Статья в выпуске: 4 (94), 2022 года.

Бесплатный доступ

При математическом моделировании мембранных процессов изучение структурных особенностей используемых мембран и существенная ограниченность информации при формальном описании их разделительных свойств привели к разработке физических моделей, учитывающих не только особенности строений реальных мембран, но и их особенностей функционирования. При составлении физических моделей мембранных процессов, невозможно объективно провести количественный учет большинства факторов из-за их большого многообразия и изменчивости, что далеко отдаляет математическую модель от реального процесса. Именно поэтому методы вычислительной гидродинамики надежно и эффективно выполняют расчеты для всех физических моделей и типов, включая стационарное или переходное течение, несжимаемое или сжимаемое течение (от малых дозвуковых до гиперзвуковых), моделирование ламинарных или турбулентных потоков, ньютоновских или неньютоновских жидкостей, идеального или реального газа. Была построена электронная геометрическая модель установки, осуществлен выбор геометрии сетки с различной плотностью для оптимизации времени расчетов и точности решения для конкретного случая, рассчитана кинетическая зависимость роста клеток, определены расходы подачи питательной среды во внутриволоконное и межволоконное пространства биореактора, проанализированы гидродинамические условия.

Еще

Математическое моделирование, вычислительная гидродинамика, мембранный модуль, мембранный биореактор, концентрационная поляризация, культивирование

Короткий адрес: https://sciup.org/140301786

IDR: 140301786   |   DOI: 10.20914/2310-1202-2022-4-32-38

Список литературы Перспективы методов вычислительной гидродинамики при исследовании мембранных процессов

  • Dash S., Mohanty S. Separation of lanthanum and neodymium in a hollow fiber supported liquid membrane: CFD modelling and experimental validation // Minerals Engineering. V. 180. April 2022. https://doi.org/10.1016 / j.mineng. 2022.107472.
  • Wang H. et al. CFD-DEM Study of Bridging Mechanism of Particles in Ceramic Membrane Pores under Surface Filtration Conditions // Processes Open Access. V. 10, Issue 3, March 2022. https://doi.org/10.3390/pr 10030475.
  • Gu B. et al. Correlations for concentration polarization and pressure drop in spacer-filled RO membrane modules based on CFD simulations // Membranes Open Access. V. 11, Issue 5. May 2021. https://doi.org/10.3390/membranes 11050338.
  • Al-Abbasi O., Bin Shams M. Dynamic CFD modelling of an industrial-scale dead-end ultrafiltration system: Full cycle and complete blockage // Journal of Water Process Engineering. V. 40. April 2021. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101887.
  • Zoubeik M., Salama A., Henni A. A novel antifouling technique for the crossflow filtration using porous membranes: Experimental and CFD investigations of the periodic feed pressure technique // Water Research. V. 146, P. 159-1761. December 2018. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.09.027.
  • Banik A., Bandyopadhyay T.K., Biswal S.K. Computational fluid dynamics (CFD) simulation of cross-flow mode operation of membrane for downstream processing // Recent Patents on Biotechnology. V. 13, Issue 1. https://doi.org/10.2174 / 1872208312666180924160017.
  • Yang X., Wang S., Hu B., Zhang K., He Y. Estimation of concentration polarization in a fluidized bed reactor with Pd-based membranes via CFD approach // Journal of Membrane Science. V. 581, P. 262-269. July 2019. https://doi.org/10.1016 / j.memsci.2019.03.068.
  • Wang, Y. CFD simulation of membrane filtration zone in a submerged hollow fiber membrane bioreactor using a porous media approach / Y. Wang, Brannock Matthew, S. Cox // Jornal of membrane science. - 2010. - Vol. 363. - P. 57-66.
  • Madaeni, S.S. Investigation of cake deposition on various parts of the surface of microfiltration membrane due to fouling / SS. Madaeni, M. Rahimi, M. Abolhasani // Korean J Chem Eng. - 2010. - Vol. 27. - P. 206-213.
  • Rahimi, M. CFD and experimental studies of fouling of a microfiltration membrane / M. Rahimi, S.S. Madaenia, M. Abolhasania // Chem Eng Process. - 2009. - Vol. 48. - P. 1405-1413.
  • Платонов Д.В. и др. Сравнительный анализ CFDпакетов SIGMAFLOW и ANSYS FLUENT на примере решения ламинарных тестовых задач // Вестник Томского государственного университета. - 2013. - № 1(21) С. 84-94.
  • Сафаров Р.Р. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2016. - 182 с. (специальность 05.17.08 «Процессы и аппараты химических технологий»).
  • Гусева Е.В. и др. Подход к моделированию, масштабированию и оптимизации работы биореакторов на основании вычислительной гидродинамики [Текст] Е.В. Гусева, Р.Р. Сафаров, Н.В. Меньшутина // Программные продукты и системы. 2015. № 4 (112). С. 261-267.
  • Safarov R., et al. Application of CFD to model batch and membrane bioreactors // Proceedings of 21 st International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA 2014 Prague 17 th Conference on Process Integration, Modelling and Optimization for Energy Saving and Pollution Reduction. Prague, Czech Republic, 23-27 August 2014.
  • Guseva E., Safarov R., Menshutina N. Modelling of hollow-fiber membrane bioreactor by CFD // Proceeding of 10 th European Congress of Chemical Engineering, 3 rd European Congress of Applied Biorechnology, 5 th European Process Intensification Conference. Nice, 2015. P. 1225.
Еще
Статья обзорная