（化工过程机械专业论文）旋转管式微滤膜器内流型及分离过程实验研究.pdf

四川太学硕上学位论文 旋转管式微滤膜器内流型及分离过程实验研究 纯王过程爨援专鼗 研究生：李碧仙指导老师：陈文梅 旋转管式微滤膜程内筒旋转外筒静止的条件下有发生失稳的可能性。獭转 速达到某一临界值时，流体的流动必稳，失稳的结果必然形成溱勒涡，而黎勒 涎有裁节强晓壤的分隳。 在蔺种实验条件下，将膜管扶低转速升到离转速与从搿转速降到低转速 的实验结果进行比较，发现从高转速降到低转速可以得到更低转速下的流嬲。 由此确悫了实验采用从离转速降到低转速会更胬秘予研究流慰对分离性黢的影 桶。由予在不露豹流黧下，秘秘瓣膜管产生不阕的剪锈力，稀基在流墼静转交 点剪切力会有突变，嬲切力变化的结果是膜管的旋转速度发，土改变，这样三相 异步电动机的输入电磁转速与三相异步电动机的实际转速就会产生一个差馕， 裂愿这令麓蘧懿交纯，来表薤实验涟程孛旋转喾式骥繇豫阉移在豹不弱滤鬃燕 围。将兹轴向流无径向流条件下的流型分成6 种；c o u c t t e 层流，层流泰勒涡， 层流波涡，层流调制波涡，湍流泰勒涡和湍流。同时又用这种袭征方法将肖轴 向流无径蔚凌和有轴内流有径自流条传下的流型分成了4 种：c o u e t t e 层流，层 流泰勒溺，滚流泰勒满秘完全溃滚。并且褥密了麓囱流和径辩流都对滚体滟流 动具有橡定性作用。 分离性能实验用二氧化硅悬浮液和碳酸钙悬浮液作为分离物料，并定义了 f 一夺无函次羹一强能倍数n = 律为衡量分离缝熊躬一令参数，它捧除了裙 j o 始条件的影响。然后研究了以二氧化硅悬浮液为分离料液时，压力、浓度和不 嚣滚型鼹其强健售数黪影穗。英孛，蓬力鼹强健薅数戆影鹣爨：在同一耪浓瘦 下，总的趋势是在转遮比较低时，不同压力下的强纯倍数很接近，强化效聚相 捅蠹 似，随着转遮的增大，猩到达湍流阶段的时候，压力越大。强化倍数越大，强 囊二效采越好；压力越毫镰往分离散果滚爨最娃游鬟黉赘转速越亵；在嚣歪条镣 下，强化倍数与实际转溥之间的曲线娶开口向下的类抛物线形，在较高压力的 条件下，强化倍数与实际转速之间的曲线呈分段指数函数曲线。浓度对强化倍 数的影喃楚：浓度越大，强化倍数变化越大，强他分离效果越好；在羼一秘蕊 力下，惑惫存在一个舔器转速v c ，箕德大约为1 3 0 0 r p m ，当转速低于箍界转速 时，即在层流和层流泰勒涡阶段，不阃浓度下的强化倍数随转遽的增大相差不 太；当转邋商予临界转滤时，即在湍流和湍流泰勒溺阶段，随转速的增大，不 露滚痰下戆强健蘩数之瓣懿差异嚣始趱大。滚鍪( 转速) 露强纯镶数鹣影确楚； 在层流阶段，强化倍数辕转速的增大弼增大，而鼠不同压力下的强化倍数徽相 近：在层流泰勒涡阶段。强化倍数继续增大，增大的速度较层流阶段快，而鼠 不同压力下浆强讫整数瓣差异嚣始逐濒增大；在游滚泰勒瀑除蔽，强往缳数缀 续增丈，羽蜂毽大部分帮是在这个区壤出现：在湍流盼段，出现峰值的曲线强 化倍数开始随着转速的增大而减小，敬实验范围内没有出现峰慎的曲线强化倍 数随着转遮的增大丽继续量上薨趋势，两且在这一阶段，压力越丈，强他倍数 越大，强纯效果越好。菇次，缛窭热下对分离二氧证硅悬浮滚静魏纯搡稼祭彳串 的建议：在浓度为0 0 2 5 条件下，采用压力为o 0 6 5 m p a 。转速大于1 7 0 0 r p m 的操作条件较好。有利于将强化倍数的提高1 4 1 6 倍；在浓度为o 0 5 0 0 8 5 冁条传下，采爱压力为o 0 5 m p a o 。0 7 m p a ，转遴丈予1 7 0 0 r p m 戆操童挈条转 较好，有剃予将强化倍数提高2 6 倍。最后建立了不同条件下的强化倍数与驻 力、浓度、转速之间的数学关系式，比前人考虑了擞多的影响因索。 以碳敬钙悬浮液为分离料液时，将其实验结祭姆二氧化硅懋浮滚的实验缀 巢逡蠢篦较，褥密；溪转篱式骥对不溺粒径颗粒熟分离吴有营遴性，貘管旋转 是有利于分离的，但是膜管孔径的选择非常重要。懋浮液里的颗粒大小与所选 膜管的孔径犬小必须匹配，孔径相对予颗粒太小，渗透通量太低；孔径相对岛 鬏粒太大，一方嚣是分搿窭寒黢滚裕缝疫要受影稳，雯方嚣凌转黠分离越不 弼强稍= i 作粥。 荚键词：微虑膜旋转管式膜漉型强豫倍数泰载浜 婴纠点鲎堡主兰些望兰 a n e x p e r i m e n t a ls t u d yo n f l o wp a t t e r n sa n ds e p a r a t i o n p r o c e s si nr o t a r yt u b u l a rm i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n e s e p a r a t o r s a b s t r a c t t h er e s e a r c hm a k e ss h r et h a tf l u i df l o wm a yl o s es t a b i l i t yi nr o t a r yt u b u l a r m i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n es e p a r a t o r sw h e ni n n e rc y l i n d e rr o t a t e sa n do u t e rc y l i n d e r r e s t s 。i fr o t a t i o n a lv e l o c i t yr e a c h e sac e r t a i nc r i t i c a lv a l u e 。f l u i df l o ww i l ll o s ei t s s t a b i l i t y 。a n dt h er e s u l to ft h a ti st of o r mt a y l o rv o r t e x e s t h et a y l o rv o r t e x e sa r e p r o p i t i o u st oi n t e n s i f ym e m b r a n es e p a r a t i o n i nt h es a n l ec o n d i t i o n s ，c o m p a r i n ge x p e r i m e n tr e s u h so fr o t a t i o n a lv e l o c i t y v a r y i n gf r o ml o w t oh i 嚣hw i t he x p e r i m e n tr e s u k so f r o t a t i o n a lv e l o c i t yv a r y i n gf r o m h i g l lt ol o w , t h ea u t h o rf i n d st h ef l o wp a t t e r ni nl o w e rr o t a t i o n a lv e l o c i t yi sg o tw h e n r o t a t i o n a lv e l o c i t yi sc h a n g e df r o mh i g ht ol o w s oi ti sb e n e f i tt os t u d yh o wf l o w p a t t e r n si n f l u e n c eo ns e p a r a t i o no ft h et u b u l a rm e m b r a n et h a tr o t a t i o n a lv e l o c i t yi s c h a n g e df r o mh i g l lt ol o w , s e p a r a t e ds u s p e n s i o np r o d u c e sd i f f e m n ts h e a r i n gf o r c e s o nt u b u l a rm e m b r a n ei nt h ed i f f e r e n tp a t t e r n s 。a n ds h e a r i n gf o r c e sb r e a ki n t r a n s f o r mo f f l o wp a t t e r n s 。a n dt h er e s u l to f s h e a r i n gf o r c eb r e a k i n gi st h a tr o t a t i o n a l v e l o c i t yc h a n g e s s ot h e r e i sr o t a t i o n a l s p e e d d i f f e r e n c eb e t w e e nt h ei n p u t e l e c t r o m a g n e t i s mf i e l di nt h ea s y n c h r o n o u se l e c t r i cm o t o ra n dm e m b r a n et u b ew h i c h i sd i r e c t l yd r i v eb yt h em o t o r , a n dt h ed i f f e r e n c ei su s e dt ot a k ea sat o k e nf o rv a i l o u s f l o wp a t t e r n sb e t w e e nt o wc y l i n d e r sd u r i n gt h ee x p e r i m e n t ，l fn e i t h e ra x i a lf l o wn o r r a d i a lf l o we x i s t ，t h ef l o wp a t t e r n sc a l lb es e p a r a t e di n t oc o u e t t el a m i n a rf l o w , l a m i n a rf l o wp l u st a y l o rv o r t e x e s ，l a m i n a rf l o wp l u sw a v yv o r t e x ，l a m i n a rf l o wp l u s m o d u l a t e dw a v e s ，t u r b u l e n tt a y l o rv o r t i c e sa n dt u r b u l e n c ef l o w u s i n gt h es a m e m e t h o d ，t h ef l o wp a t t e r n sc s a - lb es e p a r a t e di n t oc o u e t t el a m i n a rf l o w , l a m i n a rf l o w i i i a 3 甜r a c t p l u st a y l o rv o 娃e x e s ，t u r b u l e n tf l o wp l u st a y l o rv o 姓e x e sa n dp u r e l yt u r b u l e n tf l o wi f a x i a lf l o we x i s t sa n dr a d i a lf l o wd o e s n te x i s t a n dt h es a n t ef l o wp a t t e r n sa p p e a ri n t h ea n n u l a rg a pi fb o t ha x i a lf l o wa n dr a d i a lf l o we x i s t m o r e o v e r , i ti sf o u n dt h a t a x i a l f l o w a n dr a d i a l f l o w b o t ha f e i n f a v o r o f s t a b i l i t y o f f l o w t s e p a r a t e ds u s p e n s i o n sa r es i 0 2a n dc a c o si nt h ee x p e r i m e n t 。a n da ， d i m e n s i o n l e s sp a r a m e t e rnh a sb e e nn a m e db ya ne n h a n c e m e n tc o e f f i c i e n tn = j o a n di su s e dt oi n d i c a t es e p a r a t ec a p a b i l i t yo f m e m b r a n et u b e s 霹持d e f i n i t i o ng e t sr i d o ft h a tt h ed i f f e r e n ti n i t i a lc o n d i t i o nm a ya f f e c ts e p a r a t ec a p a b i l i t yo fm e m b r a n e t u b e s t h e nt h ee f f e c to f d i f f e r e n to p e r a t i o n - p r e s s u r e ，c o n c e n t r a t i o na n df l o wp a t t e r n s m a yp r o d u c ef o rt h ee n h a n c e m e n tc o e f f i c i e n ti ss t u d i e di nt h ee x p e r i m e n t ，w h e nt h e s e p a r a t e ds u s p e n s i o ni ss i c h 曩豫o p e r a t i o n - p r e s s u r ee f f e c tc a l lb ec o n c l u d e da s f o l l o w s ：a tt h es a m ec o n c e n t r a t i o n ，w h e nr o t a t i o n a ls p e e di sm u c hl o w e r , t h e e n h a n c e m e n tc o e f f i c i e n ti sc l o s et oe a c ho t h e ra n de n h a n c i n ge f f e c ti ss i m i l a ra tt h e d i f f e r e n to p e r a t i o n - p r e s s u r e w i t hr o t a t i o n a ls p e e di n c r e a s i n gg r a d u a l l yt ot u r b u l e n t f l o w , t h eh i g h e ro p e r a t i o n p r e s s u r ei s ，t h eb i g g e re n h a n c i n gi s ，a n dt h eb e t t e r e n h a n c i n ge f f e c ti s a n dt h eh i g h e ro p e r a t i o n - p r e s s u r ei s ，t h eh i g h e rr o t a t i o n a l v e l o c i t yi si nw h i c hs e p a r a t ee f f e c tg e t st ob eb e s t 。u n d e rt h el o wo p e r a t i o n - p r e s s u r e ， t h ec u r v e so f e n h a n c e m e n tc o e f f i c i e n tv e r s u sp r a c t i c a lr o t a t i o n a ls p e e da r es i m i l a rt o ap a r a b o l a a n du n d e rt h eh i g ho p e r a t i o n p r e s s u r e s ，t h e ya r es i m i l a rt oap a r to f e x p o n e n t i a l 。t h ec o n c e n t r a t i o ne f f e c tc a nb ec o n c l u d e da sf o l l o w s ：t h eh i g h e rt h e c o n c e n t r a t i o ni s ，t h eb i g g e rt h ec h a n g eo fe n h a n c e m e n tc o e f f i c i e n ti s ，a n dt h eb e t t e r t h ee n h a n c i n gs e p a r a t ee f f e c ti s a tt h es a n l eo p e r a t i o n - p r e s s u r et h e r ei s a l w a y s c r i t i c a lr o t a t i o n a lv e l o c i t yv c ，w h i c hi sa b o u t1 3 0 0 r p m w h e nr o t a t i o n a lv e l o c i t yi s l o w e rt h a nv c ki nd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nc h a n g e sl i t t l ew i t hr o t a t i o n a l v e l o c i t y i n c r e a s i n g h o w e v e r , w h e nr o t a t i o n a lv e l o c i t yi sh i g h e rt h a nv c ，ni nd i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o nc h a n g e sg r e a tw i t hr o t a t i o n a lv e l o c i t yi n c r e a s i n g t h ef l o wp a t t e r n s ( r o t a t i o n a ls p e e d ) e f f e c tc a l lb ec o n c l u d e da sf o l l o w i n g , d i n i n gt h el a m i n a rf l o w , n i n c r e a s e sw i t hr o t a t i o n a lv e l o c i t yr i s i n g ，a n dni sd o s et oe a c ho t h e r 谴d i f f e r e n t o p e r a t i o n - p r e s s u r e s d u r i n gt h el a m i n a rf l o wp l u st a y l o r , ng o e so ni n c r e a s i n gw i t h i v 四川太学硕士学位论文 r o t a t i o n a lv e l o c i t yr i s i n g ，b u tt h er a t ei ss p e e d i n gu pt h a nd u r i n gt h el a m i n a rf l o w , a n dni sm u c hd i f f e r e n tt oe a c ho t h e ri nd i f f e r e mo p e r a t i o n - p r e s s u r e d u r i n gt h e t u r b u l e n tt a y l o rf l o w , ng o e so nt oi n c r e a s ew i t hr o t a t i o n a lv e l o c i t yr i s i n g ，a n da m a j o r i t yo fp e a k v a l u ea p p e a r sh e r ei fc t l r v e se x i s tp e a kv a l u ei nt h ea u t h o r s e x p e r i m e n t ，d u r i n gt h et u r b u l e n tf l o w , nb e g i n st om i n i s hw i t hr o t a t i o n a lv e l o c i t y r i s i n gi fc u r v e se x i s tp e a kv a l u ei nt h ea u t h o re x p e r i m e n t ，b u tng o e so nt om i n i s h w i t hr o t a t i o n a lv e l o c i t yr i s i n gi fc u r v e sd o n ta p p e a rp e a kv a l u ei nt h ea u t h o r s e x p e r i m e n t m o r e o v e r , t h eh i g h e r t h e o p e r a t i o n - p r e s s u r ei s ，t h eb i g g e r t h e e n h a n c e m e n tc o e f f i c i e n ti s ，a n dt h eb e t t e rt h ee n h a n c i n gs e p a r a t ee f f e c ti s f u r t h e r m o r e ，s o m es u g g e s t i o no no p t i m i z i n go p e r a t i o nc o n d i t i o n so fs e p a r a t i n gs i 0 2 i s p u t f o r w a r dt h a ti fc o n c e n t r a t i o ni so 0 2 5 i ti sb e t t e rt h a t u s i n g o p e r a t i o n p r e s s u r e so f0 。0 6 5 m p aa n dr o t a t i o n a ls p e e do v e r1 7 0 0 r p m ，w h i c hi s b e n e f i tt oi n c r e a s ee n h a n c e m c n tt o e 颇c i e n tt o1 4 1 6 ：a n di fc o n c e n t r a t i o nv a r i e s f r o mo 0 5 t oo 0 8 5 ，i ti sb e t t e rt h a tu s i n go p e r a t i o n p r e s s u r e so fo 0 5 m p a o 0 7 m p aa n dr o t a t i o n a l s p e e do v e r1 7 0 0 r p m ，w h i c h i sb e n e f i tt oi n c r e a s e e n h a n c e m e n tc o e f f i c l e n tt o2 6 。a tl a s t ，t w om a t h e m a t i cm o d e i sa b o u tn ， o p e r a t i o n - p r e s s u r e ，c o n c e n t r a t i o na n dr o t a t i o n a lv e l o c i t ya r es e tu pi nd i f f e r e n t e o n d i t i o n s c o m p a r i n gt h ee x p e r i m e n tr e s u l to fs e p a r a t i n gc a c 0 3 w i t ht h a to fs e p a r a t i n g s i 0 2 ，t h ea u t h o rg o tt h e s ec o n c l u s i o n s ：r o t a r yt u b u l a rm e m b r a n ec a ns e p a r a t e g r a n u l e so fd i f f e r e n ts i z e ，a n dm e m b r a n et u b er o t a t i n gi sp r o p i t i o u st os e p a r a t e ，b u t s e l e c t i n ga p e r t u r eo f m e m b r a n et u b ei sv e r yi m p o r t a n t 。t h ep o r e s s i z eo f m e m b r a n e t u b em u s tb ec o n s i s t e n tw i t l ls e p a r a t e dg r a n u l e s s i z e ht h ea p e r t u r em u c hs m a l l e r t h a ns e p a r a t e dg r a n u l e s s i z e ，p e n e t r a t i o nf l u xi st o ol o w ；b u ti ft h ea p e r t u r eb i g g e r t h a ns e p a r a t e dg r a n u l e s s i z e ，t h ep u r i t yo ff i l t r a t ew i l lb ea f f e c t e da n dr o t a t i o nw i l l b eu s e l e s st oi m p r o v i n gs e p a r a t i o n k e y w o r d s ：m i c r o - f i l t r a t i o nm e m b r a n e ，r o t a r yt u b u l a rm e m b r a n e ，f l o wp a t t e r n ， e n h a n c e m e n tc o e f f i c i e n t ，t a y l o rv o r t e x e s 四川大学硕士学位论文 1 前言 i 1 旋转膜技术概述 1 1 1 膜分离技术概况 膜分离过程以选择性透过膜为分离介质。当膜两侧存在某种推动力( 如臌 力蓑、浓浚蓬、毫位羡簿) 嚣，蔗瓣婺| 经分选择黢懿透过貘，戳这鞫分离撬缝 的目的。反渗透( r o ) ，超滤( u f ) ，微滤( m f ) 和电渗析( e d ) 为四大已开 发应用的膜分离技术，这些膜过程的装置、流程设计都相对比较成熟，已脊大 规模斡工妲应用帮枣壤。其中，反渗逶、超滤、徽滤袒当于过滤鼓本，戥聪力 差谗为接渤力，甭疆分离含溶辩鹣溶质或悬浮徽敝的液体。其中溶裁和，j 、溶质 透过膜溶质和大分予被膜截留。不同膜过程被截留的溶质粒予的大小不同。 电渗折用的是荷电膜，在电场力的撼动下，用以从水溶液中脱除离子，主要用 予海拳秘菠藏零熬魏箍戮。 1 9 4 8 年a b b l en e l k t 首先创造了o s m o s i s 这一词，用来描述水通过半透膜的 渗析现象，由此开始了对膜过程的研究。但到2 0 饿纪早期，膜技术尚未工蛾殿 鼹，连未形成产品。鑫5 0 年代膜按零送入工、监照阉| ：曩，每l o 零裁有一秘凝 缒骥技术褥n i 盈应用翻。5 0 年代微澹膜和离予交抉膜率先进入工业应焉，6 0 年代反渗遴进入工业成用，7 0 年代为超滤。8 0 年代为气体膜分离，9 0 年代为渗 透汽化。此外，以膜为旗础的其他分离过程，如膜溶剂萃取、膜气体吸收、膜 蒸罐、貘爱瘦嚣及骥分蔫与其毯分糍过程结会豹繁戒貘过疆，氇歪磊薤褥捌蕊 视和发展。膜技术的墩用已从早期的水处理进入化工和石油化工领域。几种生 要膜技术的发展近况火致如下【1 】： 微滤猩3 0 年投硝羧绎维素徽滤貘已莠态燕，鞋嚣2 0 年痰这早豢寒l 逡缀 滤膜麓技术被推广用于其绝聚合耪，特别是醋酸纤维素。6 0 年代以后徽滤膜的 研究主要怒开发新品种，控制膜的孔径分布，扩大应用范围。近年以聚四氟乙 烯和聚偏瓤乙烯制成的微滤膜在美、德、目已商黯化，该类膜嶷舂耐溶剂、耐 蒸溢、能举毪霞稳定等筑焘，广泛巍掰于鞭毫子、医学、食晶、琵工等领域。 1 前言 超滤从7 0 年代进入工业应用后发展迅速。已成为应用领域缀广泛的膜技术。 为了撬离怒滤貘匏抗浮染经、燕稳定性帮耗擎稳怒牲，开发了掰熟、瓣溶裁翡 高分子膜。另一方面光机超滤膜的开发应用达到迅速发展。 离子交换膜和电渗析技术主要用于苦咸水的脱靛，近年谈技术已趋成熟， 泰场套量瞧逶谗巍，魏籍鸯把疆究熬杰转移囊承分解技术载憝势，鞋双较戆簇 为基础的水分解过程嗣前研究非常活跃，应用潜力也很大。8 0 年代新型全氟离 子膜在氯碱工业成功推出后，在氯碱工业引起了深刻变化。 反渗透技术出现予5 0 年代，毽强时膜的透整太夸，未g 艨耀于工业生产。 6 0 年 弋襁l d e b - s o u r i r a j a n 焉籀转换法裁成了其蠢投薄活往表蔽层和多孔支撵层 的非对称黼酸纤维索膜，渗透速率比以前的反渗透膜大l o 依以上。7 0 年代 c a d o t t e 等研制出界面聚含的n s 1 0 0 爱渗透复合腹，1 9 7 2 年他们又研制出就地 聚合弱n s 2 0 0 复会貘，必复合爱渗透貘羹定了蘩疆。1 9 8 0 冬c a d o r e 等臻麓了 f t - 3 0 复含膜，该膜有优异的渗透选择性，耐游离氯性能也优于其他复合膜。 在超滤和微滤过程中，比较难处理的一个问题就是膜的污染问题。所谓膜 污染藏是搬糕液中的菜蹙经分在膜凌瑟或骥孔孛淀彀导致璇渗透波率下降瓣褒 象。疆分程膜表面沉襁形成的污染穰将产生额外豹阻力，该黻力可能远大予膜 本身的阻力而使渗透漉率与膜本身的渗透性无关；组分在膜孔中沉积，将造成 膜孔减小甚至堵塞，实际上减小了胺的有效面积。浓差极化和膜污染都将使膜 渗透率下洚，导致趣滤移徽滤过程茏法遂露鞍长辩阍筑稳定撩 乍，铁露使该技 术在化工、生化过程和食品加工等极有主要价值的领域内不能充分发挥作用。 对它的控制措施有：i 预先过滤除去料液中的大糍粒：2 增加流速，减薄边界层 零度，掇离传矮系数；3 选择适当弱撵终压力，邋免增热流淀爨器凄弱密发；4 。 制膜过翟中对膜进行修饰，使其具脊抗污染性；5 定期对膜遴行反冲洗。 l 。i 1 动态膜的优点 霰据貘在瘟瑗过程审楚否运动，可麟将它分为静悉簇和动态腆。 1 1 1 i 静态膜 在膜的藏瘸方瑟，与膜滚场耀对成，有两种膜避滤形式：强端过滤( d e a d - f l o w f i l t r a t i o n ) 程卡字渡遘滤( c r o s s - f l o wf i l t r a t i o n ) 。凑予字潦过滤其青貘污染箨 度较小，臌通量大，黼持续运行而得到广泛应用。微滤技术豳为开发早。墩用 2 心川大学硕：i ：学位论立 也最广泛。因此十字流微滤技术成为膜分离领域最受重视的一项技术。但困扰 膜分离技术应用和发展的一个关键问题是由于浓差极化和膜污染而造成膜过滤 通量下降。 1 1 1 2 动态膜 静态膜存在的关键问题是由于浓差极化和膜污染而造成膜过滤通量下降。 1 9 7 8 年，m a g a r i t s 3 1 、l o p e z l e i v a 4 , s l 等提出了旋转分离技术，此技术在很大程 度上克服了膜的阻塞和污染。研究表明，若在膜器环隙间形成泰勒涡，则膜器 的分离性能可达到较满意的程度【6 】。 旋转动态膜结构一般分为两种形式，目前，在国内外均有研究。一种是圆 盘式结构【7 】( 如图1 ) ，旋转件为膜面或紧临膜面处加旋转件。 图1 1 旋转盘式膜过滤器v f i g 1 - r o t a t i n gp l a t e - m e m b r a n e 另静是强篱式( 管式) 结构 o( r 。r r ) ( 2 - 1 8 d r 。 因此当外筒旋转内筒静止时，离心力沿半径零调递增，内层流体所受离心 2 3 2 内筒旋转、外筒静止时流体的稳定性 出式( 2 一国，当努麓静壹鼙盘。o ，痰麓旋转辩，琢藤润熬速度分毒为： 旷鑫争r 设常数b ：= 拿：兰毫，删式( 2 ，1 9 ) i 撇： r ：一r ： 驴孵一r 将( 2 2 0 ) 代入( 2 1 3 ) ： 2 争) 2 疹l 等吖| 口；一2 对加速度a 在r 方向求导，并简化得： 1 9 ( 2 1 9 ) ( 2 - 2 0 ) ( 2 心1 ) 2 理论基础 軎= 丑2 一，( 晏一；) 2 + 导 c z 一2 ：， 显然b 2 。，又由于r r r ，所以l 一， 等一； 2 + 导l 7 6 9 。3 轴向流为8 6 m l s 时穗流泰勒满出现时膜管的转速( r p m ) 9 4 7 5 4 2 四川大学硕士学位论文 表4 2 径向流对流动稳定性的影响 t a b4 2r a d i a lf l o wa f f e c t st h es t a b i l 脚o ff l i u df l o w 轴向流为8 6 m i l s ， 9 4 7 5 径向流为0 时湍流泰勒涡出现时膜管的转速( r p m ) 轴向流为8 6 m v s ， 1 3 1 5 径向流为2 5 l h 时溃流泰勒涡出现时膜管的转速( r p m ) 由表4 1 可见，轴向流为8 6 m l s 时湍流泰勒涡出现时的膜管转速比无轴向 流时湍流泰勒涡出现时的膜管转速高，这说明轴向流对旋转圆筒内流体的流动 具有稳定性。这是因为流体的轴向流动有利于减小边界层的厚度，较薄的边界 层转变为湍流的倾向较小。 再由表4 2 可见，径向流为2 5 l h 时湍流泰勒涡出现时膜管的转速比无径向 流时湍流泰勒涡出现时膜管的转速高，这说明了径向流对旋转圆筒内流体的流 动也具有稳定性。这一方面是因为径向向内的流动有利于减小边界层的厚度； 另一方面是由于径向向内的流动所产生的层流速度分布比没有径向流所产生的 分布有较高的稳定极限。与前人的一些研究结果是一致的，比如：m i n t 7 矾等根 据旋转同轴多孔圆筒无轴向压差推动时稳定性方程的特征值，从数值分析的角 度进行了较详尽地研究，发现了径向向内的流动对流动状态有稳定化的作用。 l a h e y 【79 j 等用扰动方法研究了有轴向流和向内筒渗透时旋转库特流转变成泰勒 涡流的分岔性。证明径向向内的渗透流对旋转库特流起稳定作用。 通过实验探明了轴向流与径向流对流体稳定性的影响，这对旋转流的工程 应用具有参考价值，也是对流体力学发展的一点贡献。 4 6 本鬻小结 i 。羧据实验结鬃授窀瓠靛特戆，褥无辘蟊瀛滗径商流条捧下静滚蹙分藏了6 种：c o u e t t e 层流，麟流泰勒涡，鼷流波涡，层流调制波涡，湍流泰勒涡和湍流。 2 根据实验结果及电