بررسي عددي تاثير ميدان الكتريكي جريان مستقيم بر مشخصه هاي اجتماع ذرات در جريان تصفيه عرضي

Numerical Study on the Impact of DC Electric Field on Fouling Characteristics of Cross-Flow Filtration

استفاده از روش هاي عددي براي تعيين حدود و نحوه رشد كيك جرمي در فرآيند تصفيه عرضي مورد توجه محققين بوده است. حل هاي مذكور كه عمدتا مبتني بر توسعه روش هاي صفر، يك يا دوبعدي براي تخمين پارامترهاي تصفيه معرفي شده اند، متكي بر حداقل يك مرحله تنظيم روش با استفاده از نتايج آزمايشگاهي هستند. در اين مقاله يك روش حل دوسويه مستقل، براي تعيين تغييرات زماني هندسه كيك جرمي- جريان تصفيه، ارايه شده است. به طوري كه همزمان با حل جريان به روش شبكه بولتزمن، حل معادله انتقال جرم را با استفاده از يك روش مزوسكوپيك ديگر (LB-CA) در يك ارتباط دوسويه بين تغييرات جريان و رشد كيك ميسر سازد. روش محاسباتي معرفي شده، امكان اعمال اثر نيروهاي داخلي و خارجي بر خط سير ذرات را فراهم نموده است. اعتبار روش محاسباتي، در مقايسه با حل تئوري رومرو- داويس و نتايج آزمايشگاهي، بررسي و تاييد شده است. همچنين با استفاده از LB-CA، اثر اعمال ميدان الكتريكي جريان مستقيم، بر كيفيت اجتماع ذرات بر سطح غشا و تغيير منحني شار جريان بررسي و نشان داده شده است كه با افزايش ولتاژ جريان مستقيم، به تدريج از اجتماع ذرات در برخي نواحي غشا ممانعت به عمل آمده، منحني كاهش شار جريان بهبود قابل ملاحظه اي مي يابد. همچنين بررسي شرايط بهينه با درنظرگرفتن اندازه پل هاي الكتريكي به عنوان پارامتر بهينه سازي نشان داده است با درنظرگرفتن بيشينه بهبود در منحني شار جريان به عنوان پارامتر هدف، اندازه پل هاي الكتريكي داراي يك مقدار بهينه است.

Applying numerical methods for predicting cake formation and development in cross-flow membrane filtration has been an area of research. The solutions, which are mainly based on the development of zero, one, or two-dimensional methods for estimating filtration parameters, have always suffered from an obvious need for some calibration steps. In this paper, an independent two-way solving method is presented to determine the time variation of the geometry of the cross-flow filtration cake, so that by simultaneously solving the flow through the lattice Boltzmann (LB), it is possible to solve the convection-diffusion equation, using another mesoscopic method (LB-CA) in a two way coupling manner between flow changes and cake growth. Applying LB-CA provides it for all kinds of internal and external forces effects on particles trajectories to be explicitly taken into account. The proposed model was validated against both of theory of Romero and Davis and some experimental results. Moreover, the model was used to determine external effects which are arisen from static imposition of a DC electric field, on cross-flow filtration outcomes. The calculated results exhibits considerable improvements in flux decline curve and removing of fouling in some areas along the membrane length, as DC voltage rises. Also, optimal conditions with considering the electric poles’ size as an optimization parameter shows that with considering the maximum improvement in the flux curve as the target parameter, the electric poles’ size has an optimal value.