Numerical analysis of permeate flux in reverse osmosis by varying strand geometry

浓差极化 压力降 机械 反渗透 海水淡化 雷诺数 计算流体力学 材料科学 湍流 传质 涡流 机械工程 化学 工程类 物理 生物化学
作者
Gohar Shoukat,Hassaan Idrees,Muhammad Sajid,Sara Ali,Yasar Ayaz,Raheel Nawaz,Ali Ansari
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41598-022-20469-0
摘要

Abstract In regions with limited potable water availability, membrane desalination is being employed to filter water using a pressure-driven approach. Because of the high energy consumption required to produce the pressure differential needed for this method, researchers have been trying different geometric designs of spacer filaments to enhance the amount of permeate flux in terms of energy utilization. The purpose of spacer filaments is to support membranes structurally and induce turbulent mixing in spiral wound membrane desalination. In this paper, the improvement of mass transfer in desalination driven by reverse osmosis has been studied using Computational Fluid Dynamics (CFD) with the introduction of spiral wound membranes that are lined with spacer filaments in a zig-zag formation having alternating diameters for strands. The fluid flow characteristics for a 2-dimensional geometric model were resolved using the open-source program OpenFOAM by changing the Reynolds number to just before the inception of instabilities. Ratios of alternate strand diameters were also varied between one and two. Based on a detailed analysis of velocity contours, pressure distribution, wall shear stresses, and steady-state vortex systems, the research findings offer guidance for employing alternating strand design in zig-zag formation for optimum mass transfer and minimal pressure drop when accounting for concentration polarization.
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