$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

비틀린 중공사막이 모듈에 미치는 영향: 전산 유체역학 시뮬레이션을 통한 정삼투 모듈의 압력과 농도 분포
Effect of Twisted Hollow Fiber Membranes in a Module: Computational Fluid Dynamics Simulations on the Pressure and Concentration Profile of the Module in the forward Osmosis 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.30 no.1, 2020년, pp.66 - 77  

김수헌 (광주과학기술원 지구환경공학부) ,  이철민 (광주과학기술원 지구환경공학부) ,  김인수 (광주과학기술원 지구환경공학부)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

본 연구에서는 정삼투 중공사막 모듈에서 중공사막의 가닥을 비틀어 배치하였을 때의 효과를 알아보기 위해 CFD전산 유체 역학 프로그램을 통해 5개의 다른 각도로 비틀린 중공사막 모듈을 설계하고 시뮬레이션하여 비틀리지 않은 모듈과 비교하였다. 실험 결과, 중공사막이 비틀렸을 때, 모듈 내부의 유도 용액의 농도가 비틀리지 않을 때에 비해 고르게 분포하였다. 모듈 입구의 압력은 중공사막의 비틀림과 관계없이 일정한 값을 보였지만 출구의 압력은 중공사막이 비틀린 정도가 커질수록 증가하는 추세를 보였다. 출구의 압력이 높아짐에 따라 막 내부의 유체 속도가 감소하고 모듈 체류 시간이 증가하여 막사이의 물질 교환이 원활하게 이루어질 것으로 예측된다. 이는 결과적으로 막이 비틀려 있을 때의 모듈 플럭스가 투과 수량이 차지하는 비율이 그렇지 않을 때에 비해 2배 증가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The current study focused on the effect of twisting hollow fibers (HFs) in a module during forward osmosis operation mode. Computational fluid dynamics simulation was employed for a straight HF module and twisted modules with five different angles to predict the mass transfer and observe the draw so...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • Our goal was to observe the flow characteristics of the solution outside of the HFs in the module. The numerical method used in this study was the finite element method (FEM), in which partial differential equations such as Navier-Stokes and the mass conservation equation were represented and evaluated.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (34)

  1. S. Zhao, L. Zou, C. Y. Tang, and D. Mulcahy, "Recent developments in forward osmosis: Opportunities and challenges", J. Membr. Sci., 396, 1 (2012). 

  2. D. Ma, S. B. Peh, G. Han, and S. B. Chen, "Thin-film nanocomposite (TFN) membranes incorporated with super-hydrophilic metal-organic framework (MOF) UiO-66: Toward enhancement of water flux and salt rejection", ACS Appl. Mater. Interfaces., 9, 7523 (2017). 

  3. S. Kook, C. D. Swetha, J. Lee, C. Lee, T. Fane, and I. S. Kim, "Forward osmosis membranes under null-pressure condition: Do hydraulic and osmotic pressures have identical nature?", Environ. Sci. Technol., 52, 3556 (2018). 

  4. A. J. Ansari, F. I. Hai, W. E. Price, J. E. Drewes, and L. D. Nghiem, "Forward osmosis as a platform for resource recovery from municipal wastewater - A critical assessment of the literature", J. Memb. Sci., 529, 195 (2017). 

  5. M. Zhan, G. Gwak, D. Inhyuk, K. Park, and S. Hong, "Quantitative analysis of the irreversible membrane fouling of forward osmosis during wastewater reclamation: Correlation with the modified fouling index", J. Memb. Sci., 597, 117757 (2020). 

  6. S. S. Manickam and J. R. McCutcheon, "Understanding mass transfer through asymmetric membranes during forward osmosis: A historical perspective and critical review on measuring structural parameter with semi-empirical models and characterization approaches", Desalination, 421, 110 (2017). 

  7. E. Yang, C. M. Kim, J. Song, H. Ki, M. H. Ham, and I. S. Kim, "Enhanced desalination performance of forward osmosis membranes based on reduced graphene oxide laminates coated with hydrophilic polydopamine", Carbon, 117, 293 (2017). 

  8. W. Xu, Q. Chen, and Q. Ge, "Recent advances in forward osmosis (FO) membrane: Chemical modifications on membranes for FO processes", Desalination, 419, 101 (2017). 

  9. D. M. Warsinger, S. Chakraborty, E. W. Tow, M. H. Plumlee, C. Bellona, S. Loutatidou, L. Karimi, A. M. Mikelonis, A. Achilli, A. Ghassemi, L. P. Padhye, S. A. Snyder, S. Curcio, C. D. Vecitis, H. A. Arafat, and J. H. Lienhard, "A review of polymeric membranes and processes for potable water reuse", Prog. Polym. Sci., 81, 209 (2018). 

  10. D. Xiao, W. Li, S. Chou, R. Wang, and C. Y. Tang, "A modeling investigation on optimizing the design of forward osmosis hollow fiber modules", J. Memb. Sci., 392-393, 76 (2012). 

  11. D. L. Shaffer, J. R. Werber, H. Jaramillo, S. Lin, and M. Elimelech, "Forward osmosis: Where are we now?", Desalination, 356, 271 (2015). 

  12. C. M. Werner, B. E. Logan, P. E. Saikaly, and G. L. Amy, "Wastewater treatment, energy recovery and desalination using a forward osmosis membrane in an air-cathode microbial osmotic fuel cell", J. Membr. Sci., 428, 116 (2013). 

  13. R. V. Linares, Z. Li, S. Sarp, S. S. Bucs, G. Amy, and J. S. Vrouwenvelder, "Forward osmosis niches in seawater desalination and wastewater reuse", Water Res., 66, 122 (2014). 

  14. J. Jang, I. Park, S. S. Chee, J. H. Song, Y. Kang, C. Lee, W. Lee, M. H. Ham, and I. S. Kim, "Graphene oxide nanocomposite membrane cooperatively cross-linked by monomer and polymer overcoming the trade-off between flux and rejection in forward osmosis", J. Memb. Sci., DOI:10.1016/j. memsci.2019.117684 (In press). 

  15. S. Lin, "Mass transfer in forward osmosis with hollow fiber membranes", J. Memb. Sci., 514, 176 (2016). 

  16. https://www.forwardosmosistech.com/the-4-different-designs-of-forward-osmosis-fo-membrane-modules/, March 30 (2014). 

  17. https://aquaporin.com/fo/, October 17 (2019). 

  18. https://www.forwardosmosistech.com/hollow-fiber-forward-osmosis-membrane-modules/, March 28 (2014). 

  19. M. Brannock, Y. Wang, and G. Leslie, "Mixing characterisation of full-scale membrane bioreactors: CFD modelling with experimental validation", Water Res., 44, 3181 (2010). 

  20. P. Sousa, A. Soares, E. Monteiro, and A. Rouboa, "A CFD study of the hydrodynamics in a desalination membrane filled with spacers", Desalination, 349, 22 (2014). 

  21. A. Cahyadi, S. Yang, and J. W. Chew, "CFD study on the hydrodynamics of fluidized granular activated carbon in AnFMBR applications", Sep. Purif. Technol., 178, 75 (2017). 

  22. C. Lee, S. Kook, C. Choi, T. T. Nguyen, and I. S. Kim, "Effects of membrane envelope geometry on hydrodynamics inside draw channel of forward osmosis spiral wound membrane element", Desalin. Water Treat., 112, 282 (2018). 

  23. C. Choi, C. Lee, N.-S. Park, and I. S. Kim, "Numerical study of fluid behavior on protruding shapes within the inlet part of pressurized membrane module using computational fluid dynamics", Environ. Eng. Res., DOI:10.4491/eer.2018.423 (In Press). 

  24. L. Zhuang, H. Guo, P. Wang, and G. Dai, "Study on the flux distribution in a dead-end outside-in hollow fiber membrane module", J. Membr. Sci., 495, 372 (2015). 

  25. F. Parvaza, S. H. Hosseinib, K. Elsayedc, and G. Ahmadid, "Numerical investigation of effects of inner cone on flow field, performance and erosion rate of cyclone separators", Sep. Purif. Technol., 201, 223 (2018). 

  26. F. Zhou, G. Sun, Y. Zhang, H. Ci, and Q. Wei, "Experimental and CFD study on the effects of surface roughness on cyclone performance", Sep. Purif. Technol., 193, 175 (2018). 

  27. M. Usta, M. Morabito, A. Anqi, M. Alrehili, A. Hakim, and A. Oztekin, "Twisted hollow fiber membrane modules for reverse osmosis-driven desalination", Desalination, 441, 21 (2018). 

  28. M. Shibuya, M. Yasukawa, S. Goda, H. Sakurai, T. Takahashi, M. Higa, and H. Matsuyama, "Experimental and theoretical study of a forward osmosis hollow fiber membrane module with a cross-wound configuration", J. Memb. Sci., 504, 10 (2016). 

  29. S. P. Motevalian, A. Borhan, H. Zhou, and A. Zydney, "Twisted hollow fiber membranes for enhanced mass transfer", J. Memb. Sci., 514, 586 (2016). 

  30. W. M. Haynes, "CRC Handbook of Chemistry and Physics", 93st ed., pp. 6-8, 6-231, CRC Press, Boca Raton, FL (2012). 

  31. G. Pereira, R. Moreira, M. J. Vazquez, and F. Chenlo, "Kinematic viscosity prediction for aqueous solutions with various solutes", Chem. Eng. J., 81, 35 (2001). 

  32. L. Zhuang, H. Guo, G. Dai, and Z.-L. Xu, "Effect of the inlet manifold on the performance of a hollow fiber membrane module-A CFD study", J. Memb. Sci., 526, 73 (2017). 

  33. https://aquaporin.com/wp-content/uploads/2019/08/Aquaporin-HFFO2-Datasheet.pdf, August 1 (2019). 

  34. https://aquaporin.com/wp-content/uploads/2019/11/Aquaporin-HFFO2-Standard-Test-Setup.pdf, November 1 (2019). 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

GOLD

오픈액세스 학술지에 출판된 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로