双丝给水间隔网优化反渗透模块性能：流体动力学增强与抗污染机制研究

本综述系统探讨了新型双丝给水间隔网（Double Filament Spacer）在反渗透（RO）模块中的创新设计与应用。通过计算流体动力学（CFD）模拟和实验验证，研究证明该对称性间隔网结构可显著改善流体混合、降低浓度极化（CP）和生物污染（Biofouling），并实现68%的通量提升与35%的压降减少，为高效低能耗海水淡化（SWRO）技术提供了突破性解决方案。

　　

Highlights

双丝间隔网特性

通过计算机辅助设计（CAD）软件SolidWorks（达索系统2020版），精心设计了三种间隔网：两种具有椭圆形和圆形丝线的双丝间隔网，以及一种商用间隔网。其尺寸概览如图1所示。近期研究的翼型间隔网采用菱形取向策略设计，具有两条平行的翼型丝线，并通过柱状节点连接以优化流体路径。

Results and Discussion

首先通过流动模拟（Flow Simulations）评估双丝间隔网在反渗透（RO）系统中的过滤性能。随后利用实验室规模RO装置进行实验研究，实际探究双丝间隔网的性能，并与商用间隔网在产水通量、比通量及压降方面的效果进行对比。模拟结果显示，双丝结构诱导了更均匀的流速分布和增强的流动混合效应，且在不同截面类型下均能有效产生下游涡流，形成喷射效应（Jetting Effect）。该现象通过盐浓度和渗透速度计算得到验证，证实其可减少膜表面极化区域并提升渗透潜力。尽管两种双丝设计均优于商用间隔网，但圆形双丝在渗透能力和抗盐沉积方面表现更优。实验进一步证明，圆形双丝间隔网可实现68%的通量提升和35%的压降降低。

Conclusions

本研究成功设计、模拟并通过实验验证了新型双丝间隔网在实验室RO系统中的有效性。这些3D打印间隔网采用分离式双丝结构（椭圆形或圆形截面）和柱状节点设计，与商用间隔网相比展现出显著优势：

• 两种双丝间隔网均通过增强流动混合和减少浓度极化（CP）来提升RO性能；

• 圆形双丝设计在渗透性及抗污染能力方面更具潜力；

• 该设计为高效低能耗RO模块元件提供了创新解决方案。