中空纤维膜组件中弹状气泡追踪诱导剪切力的机理分析与优化策略

本文创新性地采用光纤布拉格光栅(FBG)传感技术原位监测中空纤维膜组件内弹状气泡(slug bubble)的追踪与聚并现象，结合计算流体力学(CFD)模拟揭示了气泡速度最大提升91.46%、聚并区域集中在0.6-0.9m的特征，发现脉冲流与气泡交替可使聚并率从28%增至44%，并确定333.33 m2/m3为最佳纤维填充密度，为气液两相流控膜污染提供了新见解。

　　

Highlight
• 单个弹状气泡在上升过程中会从初始不稳定状态逐渐趋于稳定

结论
本研究基于FBG传感技术的原位监测，阐释了中空纤维膜组件中气泡追踪现象，探究了曝气与错流交互作用对该现象的影响，为膜污染控制提供了新方向。核心发现如下：

• 弹状气泡追踪使气泡速度显著提升，最高增幅达91.46%
• 气泡追踪与聚并主要发生在0.6-0.9米区域
• 气泡诱导的尾流区范围扩大30.26%-137.05%
• 脉冲流与气泡交替使聚并率从28%提升至44%，并延长气泡行程
• 数值模型显示纤维填充密度与气泡速度相关，333.33 m²/m³时达到最优
• 可通过降低流体速度与提高曝气强度优化过程

Conclusion
该研究揭示了气泡追踪形成与发展的规律性，有助于进一步精细调控气液两相流（gas-liquid two-phase flow），为开发绿色低耗（green and low consumption）的膜污染控制策略提供了理论依据。