Novel design of flow path spacers for reverse electrodialysis cell

反向电渗析 压力降 浓差极化 剪应力 流利 材料科学 机械 化学 功率密度 极化(电化学) 电渗析 分析化学(期刊) 复合材料 计算流体力学 色谱法 热力学 功率(物理) 生物化学 物理 物理化学
作者
Suddhasatwa Basu,Criti Mahajan
出处
期刊:Canadian Journal of Chemical Engineering [Wiley]
卷期号:101 (11): 6215-6226 被引量:2
标识
DOI:10.1002/cjce.24936
摘要

Abstract Reverse electrodialysis (RED) is one of the technologies used to harness ‘Blue Energy’, which is generated from the controlled separation of ions between salt water and fresh water through cation and anion exchange membranes (CEM/AEM) stack with end electrodes. The spacers present in between CEM and AEM allows the flow of salt and fresh water significantly affecting the fouling and concentration polarization in the RED cell. The present work focuses on improvement in flow path design, which may be used in place of mesh spacers in order to reduce pressure drop and enhance shear stress on the surface of the membrane to reduce concentration polarization. A three‐dimensional direct numerical simulation of the Navier–Stokes equation is conducted using Fluent 14.0 to analyze four different flow field designs, including serpentine, criss‐cross, rhombus, diamond, and standard mesh spacers. The simulation predicted closely the experimental data on pressure drop for the mesh spacers available in the literature. The present study points out that the diamond type flow field design, which combines characteristics of mesh spacers and flow field plates, gives lesser pressure drop per unit length with the increase in velocity within the same range of shear stress generated in mesh spacers. In other words, net power density of RED would improve with the use of diamond type spacer flow field with the decrease in concentration polarization loss and pumping power density.
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