Effect of inter-filament distance on the improvement of Reverse Osmosis desalination process

Abstract

Various numerical studies that exhibit flow field and mass transfer inside membrane channels can be found in the literature; however the complexity and the accuracy differs from one to another. This paper deal with the study of two-dimensional CFD model taking account both the permeation flux; concentration polarization along membrane surfaces and variable physical properties. The model analyzes the effect of the inter-filaments length in three different configurations (zigzag, cavity and submerged). Local evolution and averaged values of mass deposit, permeation flux and Sherwood number were examined for three different inlet velocities. Numerical results showed that in zigzag and submerged configurations, the highest efficiency (low concentration polarization, high permeation flux and Sherwood number) is achieved with a geometric ratio l/H = 2. While in cavity configuration, mass deposit and enhancement of the permeation flux can be higher with an aspect ratio l/H = 3. Résumé: Dans la littérature, plusieurs papiers ont été consacrés à l'étude numérique du champ hydrodynamique et du champ de concentration à l'intérieur des modules membranaires, ou le degré de complexité de modèles développés variée d'un article à un autre. Ce papier présente un modèle CFD bidimensionnel qui prend en considération la polarisation de concentration qui se développe le long des membranes, le flux de perméation et la variation locale des paramètres physiques des solutions salines. Ce modèle numérique est utilisé pour analyser les performances des différentes configurations (zigzag, immergée et cavité) en variant la distance entre deux obstacles successifs. Les évolutions locales et moyennes le long des membranes comme le dépôt de sel, le flux de perméation et le nombre de Sherwood sont examinés pour divers vitesses de circulation. Les résultats numériques montrent que pour les configurations zigzag et immergée, le rendement est meilleur (moins de dépôt de soluté, flux de perméation et nombre Sherwood élevés) lorsque le ratio l/H = 2. Tandis que pour la configuration cavité, le flux de perméation et le dépôt de soluté sont meilleurs lorsque l/H = 3

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