一种导流盘和导流盘的布局方法与流程

1.本发明涉及膜组件技术领域，具体地，涉及一种导流盘和导流盘的布局方法。


背景技术：

2.近年来，膜技术发展迅速，在电力、冶金、石油石化、医药、食品、市政工程、污水回用及海水淡化等领域得到较为广泛的应用，各类工程对膜技术及其装备的需求量更是急速增加。目前在渗滤液和浓盐水零排放应用领域，碟管式反渗透膜组件已得到广泛的应用。碟管式膜组件中导流盘主要作用是两个导流盘之间形成一个空腔，为膜片提供一个安装位置，进而实现浓液和清液的分离。导流盘与外筒形成一个进水通道，导流盘与紧固螺栓形成一个清液通道。导流盘靠近中心孔位置设置有密封槽，内部安装o型密封圈，防止浓液和清液混合。
3.传统的碟管式膜组件所使用导流盘多为凸点式导流盘，导流盘上设置很多湍流凸点，湍流凸点可以加强导流盘的导向作用，也对膜片起到支撑作用。所述湍流凸点为细小凸点，设备运行压力较大时(或压力波动剧烈时)易损坏膜片，且分布较多时对动能损耗大，分布较少时无法对膜片起到支撑作用。


技术实现要素：

4.为此，本发明的实施例提出一种剪切力大、流体性能均衡导流盘。
5.本发明的实施例还提出一种导流盘的布局方法。
6.根据本发明实施例的一种导流盘，包括：
7.本体，所述本体中心设有通孔，所述本体上设有凸点；
8.多个第一凸台，多个所述第一凸台以所述本体的中心为圆心环形均匀分布在所述本体上，且多个所述第一凸台沿所述本体的径向从所述通孔向所述本体的边缘间隔设置；和
9.多个第二凸台，多个所述第二凸台邻近所述本体的外轮廓设置在本体上，多个所述第二凸台以所述本体的中心为圆心环形均匀分布，且多个所述第二凸台沿所述本体的径向间隔设置；
10.每个所述第二凸台为条状，每个所述第二凸台延伸方向与所述本体的径向相交，相邻的两个所述第二凸台的延伸方向相互平行，多个所述第一凸台的部分位于相邻的两个第二凸台之间。
11.根据本发明实施例的导流盘，具有导流盘剪切力大、流体性能均衡的优点。
12.在一些实施例中，每个所述第二凸台均包括第一端和第二端，所述第二凸台的第一端邻近所述本体的中心，所述第二凸台的延伸方向与所述本体过所述第二凸台第一端的径向的夹角为1
°‑
45
°
之间。
13.在一些实施例中，所述第二凸台的长度为1mm
‑
10mm。
14.在一些实施例中，所述第一凸台由邻近所述本体的一侧向远离所述本体的一侧呈
收缩状结构，所述第一凸台邻近所述本体的一侧与所述本体之间具有过渡段，所述第一凸台的顶部为半球面。
15.在一些实施例中，所述第二凸台的形状为长方体、正方体、梯形台或四棱台的中的一种。
16.根据本发明上述任一实施例所述的导流盘的布局方法，包括以下步骤：
17.制作导流盘的本体的三维模型；
18.将多个第一凸台以本体的中心为圆心，环形设置在本体上，以形成第一层第一环形凸台；
19.对经过第一环形凸台剪切后的流体进行流量数值模拟，根据被第一层环形凸台剪切后的流体的流速，在本体上沿本体的径向设置与第一层环形凸台间隔的第二层第一环形凸台；
20.第二层第一环形凸台中的每个第一凸台设在被第一层环形凸台剪切后的流体流速较低的位置；
21.对流体进行多次流量数值模拟，并根据模拟结果沿本体的径向从第二层第一环形凸台向本体的边缘方向间隔设置多层第一环形凸台；
22.对经过多层第一环形凸台剪切后的流体进行流量数值模拟，根据模拟结果在本体上沿本体的径向间隔设置多层第二环形凸台；
23.其中，每层第二环形凸台均包括多个第二凸台，每个第二凸台均为条状，多个第二凸台以本体的中心为圆心环形布置，相邻两个第二凸台在其延伸方向相互平行。
24.根据本发明实施例的导流盘的布局方法，具有导流盘剪切力大、流体性能均衡的优点。
25.在一些实施例中，设置第二层第一环形凸台包括以下步骤：
26.对经过第一层第一环形凸台剪切后的流体进行cfd流速分布测试，根据cfd流速分布测试的结果，将第二层第一环形凸台中的每一个第一凸台以环形设在经第一层第一环形凸台剪切后流速低且避开尾流影响的位置。
27.在一些实施例中，设置多层第二环形凸台还包括以下步骤：
28.第二环形凸台中的每一个第二凸台设在被多层第一层环形凸台剪切后的流体流速较低的位置。
29.在一些实施例中，设置多层第二环形凸台还包括以下步骤：
30.对经过多层第一环形凸台剪切后的流体进行cfd流速分布测试，根据cfd流速分布测试的结果，将第一层第二环形凸台中的每一个第二凸台以环形设在经多层第一环形凸台剪切后流速低且避开尾流影响的位置；
31.对流体进行多次流量数值模拟，并根据模拟结果沿本体的径向从第一层第二环形凸台向本体的边缘方向间隔设置多层第二环形凸台。
32.在一些实施例中，第二凸台的延伸方向与导流盘的径向相交。
附图说明
33.图1是根据本发明实施例所述的导流盘的结构示意图。
34.图2是仅优化第一凸台位置的导流盘的膜片剪切力示意图。
35.图3是根据本发明实施例所述的导流盘的膜片剪切力示意图。
36.图4是不同导流盘的平均湍流动能柱状图。
37.图5是不同导流盘的平均膜片剪切力柱状图。
38.图6是将传统导流盘划分成为三个监测圈的划分示意图。
39.图7是图6中导流盘每个监测圈的膜片剪切力示意图。
40.图8是将仅优化第一凸台位置的导流盘划分成为三个监测圈的划分示意图。
41.图9是图8中导流盘每个监测圈的膜片剪切力示意图。
42.图10是将本技术中导流盘划分成为三个监测圈的划分示意图。
43.图11是图10中导流盘每个监测圈的膜片剪切力示意图。
44.图12是传统导流盘中进水方向示意图。
45.图13是仅优化第一凸台位置的导流盘中进水方向示意图。
46.图14是本技术中导流盘进水方向示意图。
47.图15是每个导流盘中沿进水方向膜片剪切力结构示意图。
48.附图标记：
49.导流盘100，
50.本体1，通孔11，第一凸台2，第二凸台3。
具体实施方式
51.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
52.如图1所示，根据本发明实施例的导流盘包括本体、多个第一凸台和多个第二凸台。
53.本体中心设有通孔，本体上设有凸点。多个第一凸台以本体的中心为圆心环形均匀分布在本体上，且多个第一凸台沿本体的径向从通孔向本体的边缘间隔设置。
54.多个第二凸台邻近本体的外轮廓设置在本体上，多个第二凸台以本体的中心为圆心环形均匀分布，且多个第二凸台沿本体的径向间隔设置。
55.其中，每个第二凸台为条状，每个第二凸台延伸方向与本体的径向相交，相邻的两个第二凸台的延伸方向相互平行，多个第一凸台的部分位于相邻的两个第二凸台之间。
56.如图1所示，流体通过本体上的通孔进入导流盘中并由本体的中心向本体的边缘流动，在流体的流动过程中被多个第一凸台不断剪切，可以理解的是，在流体被剪切的过程中，流体中的势能在不断下降，因此在经过多层环状的第一凸台剪切后，第一凸台对流体的剪切力会不断下降，导致邻近本体边缘的第一凸台对流体几乎无法进行剪切，此时通过条状的第二凸台对流体进行分割，并通过相邻的两个第二凸台形成流体通道，可以进一步对流体进进行剪切，进而增强了导流盘整体的均衡性。
57.因此，根据本发明实施例的导流盘，具有导流盘剪切力大、流体性能均衡的优点。
58.在一些实施例中，每个第二凸台均包括第一端(如图1所示邻近本体圆心的一端)和第二端(如图1所示邻近本体边缘的一端)，第二凸台的第一端邻近本体的中心，第二凸台的延伸方向与本体过第二凸台第一端的径向的夹角为1
°‑
45
°
之间。
59.根据本发明实施例的导流盘，本体的其中一条直径的与第二凸台第一端的端部之
间的的夹角为1
°‑
45
°
，可以理解的是，第二凸台的延伸方向和本体的径向相交，可以使被第二凸台剪切后的流体产生一个横向的力，当夹角小于0
°
时，第二凸台的切割力和第一凸台一样，当夹角大于45
°
时，容易对流体进行部分阻挡，导致后续流体内的势能进一步降低。当夹角在1
°‑
45
°
之间时，第二凸台既能够对流体产生横向力，还可以使流体被相邻的第二凸台分割。
60.优选地，第二凸台的延伸方向与本体过第二凸台第一端的径向的夹角为30
°
。
61.在一些实施例中，第二凸台的长度为1mm
‑
10mm。
62.根据本发明实施例的导流盘，当第二凸台的长度小于1mm时，第二凸台的切割力和第一凸台一样，当第二凸台的长度大于10mm时，资源消耗较大，不利于后续对流体进行分割，具体地，当第二凸台的长度过大时，相邻两个第二凸台之间形成的流道距离过长，不利于流体剪切，甚至造成流体内部势能降低。
63.优选地，第二凸台的长度为5mm，当第二凸台的长度为5mm时，流体从相邻两个第二凸台形成的流道流出后，可再次进行扩散并进入下一层第二凸台组成的环形凸台中进行再次切割。
64.在一些实施例中，第一凸台由邻近本体的一侧向远离本体的一侧呈收缩状结构，第一凸台邻近本体的一侧与本体之间具有过渡段，第一凸台的顶部为半球面。
65.根据本发明实施例的导流盘，第一凸台邻近本体的一侧(下侧)与本体的接触面积大，可以增强第一凸台和本体之间的连接强度，第一凸台远离本体的一侧(上侧)体积小(或者是与流体接触面积小)，可以便于流体经过，并减小流体内势能的消耗。
66.在一些实施例中，第二凸台的形状为长方体、正方体、梯形台或四棱台的中的一种。
67.根据本发明上述任一实施例的导流盘的布局方法，包括以下步骤：
68.步骤1，制作导流盘的本体的三维模型；
69.步骤2，将多个第一凸台以本体的中心为圆心，环形设置在本体上，以形成第一层第一环形凸台；
70.步骤3，对经过第一环形凸台剪切后的流体进行流量数值模拟，根据被第一层环形凸台剪切后的流体的流速，在本体上沿本体的径向设置与第一层环形凸台间隔的第二层第一环形凸台；
71.其中，第二层第一环形凸台中的每个第一凸台设在被第一层环形凸台剪切后的流体流速较低的位置；
72.步骤4，重复步骤3中的步骤，对流体进行多次流量数值模拟，并根据模拟结果沿本体的径向从第二层第一环形凸台向本体的边缘方向间隔设置多层第一环形凸台；
73.步骤5，对经过多层第一环形凸台剪切后的流体进行流量数值模拟，根据模拟结果在本体上沿本体的径向间隔设置多层第二环形凸台；
74.其中，每层第二环形凸台均包括多个第二凸台，每个第二凸台均为条状，多个第二凸台以本体的中心为圆心环形布置，相邻两个第二凸台在其延伸方向相互平行。
75.根据本发明实施例的导流盘的布局方法，通过对经过每一层第一环形凸台剪切后的流体进行流量数值分析，并根据流量数值分析的结果，对除第一层第一环形凸台之外的每一层第一环形凸台中的第一凸台的位置进行确定，以使除第一层第一环形凸台外的每一
层第一环形凸台可以对流体进行充分剪切，进而可以增强导流盘的对流体的剪切力。
76.当流体被多层第一环形凸台剪切后，远离导流盘中心的第一环形凸台对流体的剪切力开始下降，此时在剪切力开始下降的位置设置由多个条状的第二凸台组成的第二环形凸台，由于第二凸台的形状为条状，相邻两个凸台之间形成流体通道，进而可以对流体导流，进一步增强导流盘对流体的剪切力。
77.因此，根据本发明实施例的导流盘的布局方法，具有导流盘剪切力大、流体性能均衡的优点。
78.在一些实施例中，设置第二层第一环形凸台包括以下步骤：
79.步骤3.1，对经过第一层第一环形凸台剪切后的流体进行cfd(computational fluid dynamics，计算流体动力学)流速分布测试，根据cfd流速分布测试的结果，将第二层第一环形凸台中的每一个第一凸台以环形设在经第一层第一环形凸台剪切后流速低且避开尾流影响的位置。
80.根据本发明实施例的导流盘的布局方法，通过对导流盘上的流体进行cfd流速分布测试，以确定被每一层第一环形凸台剪切后的流体的流速，并将下一层第一环形凸台中的每一个第一凸台设置在避开尾流影响的低流速区域，使低流速的流体再次被下一层的第一环形凸台剪切，进而增强导流整体的剪切力。
81.可以理解的是，导流盘上的流体通过cfd流速分布测试后，可以直接获得流体经过每一层第一环形凸台剪切后的流速，进而可以精准地将下一层第一环形凸台中的每一个第一凸台设置在流速低且避开尾流的部分。
82.在一些实施例中，设置多层第二环形凸台还包括以下步骤：
83.步骤5.1，第二环形凸台中的每一个第二凸台设在被多层第一层环形凸台剪切后的流体流速较低的位置。
84.根据本发明实施例的导流盘的布局方法，将每一层第二环形凸台中的第二凸台设置在被上一层第一环形凸台和/或第二层环形凸台剪切后的流体流速较低的位置，可以进一步增强导流盘整体的剪切力。
85.在一些实施例中，设置多层第二环形凸台还包括以下步骤：
86.步骤5.1.1，对经过多层第一环形凸台剪切后的流体进行cfd流速分布测试，根据cfd流速分布测试的结果，将第一层第二环形凸台中的每一个第二凸台以环形设在经多层第一环形凸台剪切后流速低且避开尾流影响的位置；
87.步骤5.1.2，对流体进行多次流量数值模拟，并根据模拟结果沿本体的径向从第一层第二环形凸台向本体的边缘方向间隔设置多层第二环形凸台。
88.可以理解的是，导流盘上的流体通过cfd流速分布测试后，可以直接获得流体经过每一层第一环形凸台和/或每一层第二环形凸台剪切后的流体的流速，进而可以精准地将下一层第二环形凸台中的每一个第二凸台设置在流速低且避开尾流的部分。
89.在一些实施例中，第二凸台的延伸方向与导流盘的径向相交。其中，每个第二凸台均包括第一端(如图1所示邻近本体圆心的一端)和第二端(如图1所示邻近本体边缘的一端)，第二凸台的第一端邻近本体的中心，第二凸台的延伸方向与本体过第二凸台第一端的径向的夹角为1
°‑
45
°
之间。
90.根据本发明实施例的导流盘，本体的其中一条直径的与第二凸台第一端的端部之
间的的夹角为1
°‑
45
°
，可以理解的是，第二凸台的延伸方向和本体的径向相交，可以使被第二凸台剪切后的流体产生一个横向的力，当夹角小于0
°
时，第二凸台的切割力和第一凸台一样，当夹角大于45
°
时，容易对流体进行部分阻挡，导致后续流体内的势能进一步降低。当夹角在1
°‑
45
°
之间时，第二凸台既能够对流体产生横向力，还可以使流体被相邻的第二凸台分割。
91.优选地，第二凸台的延伸方向与本体过第二凸台第一端的径向的夹角为30
°
。
92.在一些实施例中，第二凸台的高度低于导流盘边缘高度。
93.在一些实施例中，所述第二凸台的形状为长方体、正方体、梯形台或四棱台的中的一种。
94.下面对传统导流盘、仅设置优化了第一凸台位置的导流盘和设置了优化了第一凸台和第二凸台位置的导流盘进行对比以具体说明：
95.(需说明的是，附图中初始导流盘相当于本技术中的传统导流盘，优化排布后的导流盘相当于本技术中仅优化第一凸台位置的导流盘，增加长方体的导流盘相当于本技术中的导流盘)
96.通过cfd流速分布测试可知，在传统的导流盘中，被切割后的流体分布不均匀。
97.流体在仅优化第一凸台位置的导流盘的流速如图2所示，与传统的导流盘相比，优化了第一凸台位置的导流盘整体的湍流动能及膜片剪切力的性能得到提升，但是邻近导流盘边缘部分的流体的流速开始降低。如图2所示，从第6圈开始，膜片剪切力下降明显(如图2中黑色区域)。
98.如图1和图3所示，在仅优化第一凸台的导流盘流速下降的区域，设置条形的第二凸台，导流盘的流速如图2所示，此时可以看出，流体经过多层第一环形凸台切割后，再经多层第二环形凸台切割后的流速明显提升。
99.参见图4，采用本技术实施例的导流盘的平均湍流动能为0.0016kg^
‑
1，与传统的导流盘相比提高了0.00015kg^
‑
1，与仅优化第一凸台位置的导流盘相比提高了0.00005kg^
‑
1。
100.参见图5，采用本技术实施例的导流盘的平均膜面剪切力为0.5pa，与传统的导流盘相比提高了近4倍，与仅优化第一凸台位置的导流盘相比也提高了近0.1pa。
101.如图6
‑
图11所示，将三种导流盘划分成为三个监测圈(第三层第一环形凸台、第六层第一环形凸台和第九层第一环形凸台处)，对比分析三种导流盘的性能差异。如图6和图7所示，初始导流盘中每一个监测圈的膜片剪切力呈现出明显的递减趋势，也就是说越靠近外轮廓区域，膜片剪切力越弱。如图8和图9所示，仅优化第一凸台位置的导流盘中每一个监测圈的膜片剪切力相对于传统导流盘显著提升，但是递减趋势仍然存在。
102.如图10和图11，在本技术的导流盘中每一个监测圈的膜片剪切力相对于仅优化第一凸台位置的导流盘，本技术中导流盘的膜片剪切力分布更均匀、理想。
103.如图12
‑
图15所示，在三个导流盘中，沿进水方向，本发明实施例的导流盘和传统导流盘及优化排布导流盘相比，膜片剪切力也处在较高的水平区间。
104.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
105.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
106.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
107.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
108.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
109.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。