对用于膜蒸馏的中空纤维组件数学模型进行了求解，并用模拟计算结果分析组件存在沟流效应。结果表明，与纤维丝规则分布的理想组件相比，纤维丝随机分布的实际组件中存在的沟流效应使膜蒸馏组件通量降低；提高组件封装分率可以减轻沟流效应；提高膜两侧流体流量可以增加膜蒸馏推动力，削弱沟流效应带来的负面影响。

沟流沟流效应分析

计算时假定这些局部封装分率服从数学期望为0.4，方差为0.2的正态分布为实际组件的结果，它实际上是上述10个子纤维束的计算结果便于对比。

(1) 该组件中几乎所有的膜蒸馏过程都是在低于0.5的区域内进行的，这一区域贡献了整个组件通量的96%，而其面积仅占总膜面积的70%；Φ_i高于0.5的区域由于其中的冷流体流量太小，即热 、冷流体流率R太大，其温度非常接近于管程热流体温度，膜蒸馏推动力接近于零，因而这一占总膜面积30%区域就成了无效面积区域。

(2) 即使是在Φ_i低于0.5的区域，膜面积也没有充分发挥作用，Φ_i为0.3～0.4和0.4～0.5这两个子纤维束中R比较大，因而冷流体出口温度都接近于热流体的入口温度 (70℃)，膜蒸馏推动力必然非常有限，甚至存在一定比例的无效面积，膜蒸馏通量明显低于理想组件。这两个子纤维束对应膜面积占了总膜面积的近40%。

(3)Φ_i为0.2～0.3的区域R最接近于1，因而表现出了最接近于理想组件的通量值，遗憾的是这一区域的膜面积仅占总膜面积的15.36%。

(4) 封装分率为0.0～0.2的区域，R小于1，这使得该区域中冷流体的温度远离热流体的温度，因而膜蒸馏推动力较大，通量也很大，甚至超过理想组件的通量值。但是由于该区域所拥有的膜面积仅占总面积的14%，所以它对整个组件通量的贡献并不是很大。该区域内冷流体的流量占冷流体总流量的近70%，大量的冷流体流经这里却由于膜面积很小而不能充分发挥作用，其它区域却因为冷流体流量太小而造成通量很低，甚至成为无效区。

沟流组件封装分率与沟流效应

Φ越大，组件通量越大。造成这一结果可能有两种原因，其一是随着Φ的增加，流体在壳程对流传热系数h_p 提高了，使温度极化系数增大 ，

膜蒸馏推动力增加；其二是随着Φ的增加，沟流效应减轻。对h_p和理想组件通量的影响 ，可以看出，虽然增加Φ能明显提高h_p，但是对理想组件而言却没有提高其膜蒸馏通量。这是因为对中空纤维组件而言，h_f和h_p都很高，膜蒸馏过程的控制步骤已经不是膜两侧热边界层内的传热过程，而是跨膜传质过程，因此提高h_p并不能明显提高通量。

从组件封装分率对壳程流体分布的影响可以看出，组件封装分率越越小，在局部封装分率很低的区域内壳程流体流量在其总流量中所占的比例越大。通过分析可以得出：实际组件的通量随着封装分率的升高而升高并不是因为壳程对流传热系数增大的缘故，而是由于封装分率的增大改善了壳程流体的流量分布，削弱了沟流效应。 2100433B