氢/二氧化碳混合气体膜分离过程的优化：湍流与浓度极化调控提升清洁氢能生产效率

（推荐语）本研究通过CFD模拟结合k–ω湍流模型，系统分析了H2/CO2膜分离通道中不同间隔件（spacer）构型对浓度极化（concentration polarization）的调控作用，发现线性中线排列可产生对称涡流，使舍伍德数（Sherwood number）提升50%，为螺旋卷式（spiral-wound）和板框式（plate-and-frame）膜组件设计提供工程优化依据。

　　

Highlight

本研究采用经验证的计算流体力学（CFD）框架，结合k–ω湍流模型，揭示了间隔件构型对H₂/CO₂膜通道中浓度极化的调控机制。通过分析雷诺数（Re）200-800范围内的流动特性，发现线性中线间隔件能产生稳定对称涡流，显著提升近壁面剪切应力，使传质效率提高50%。

Methodology

采用二维稳态CFD模拟，对比了三种间隔件布局（交错贴膜式、交错悬空式、线性中线式）在湍流条件下的表现。k–ω模型精准捕捉了涡流生成和边界层扰动现象，渗透壁面边界条件则还原了实际膜分离过程中的气体渗透行为。

Results and discussions

线性中线构型展现出独特优势：

1. 对称涡流持续冲刷膜表面，破坏浓度极化层

2. 近壁面流速提升30%，剪切应力分布更均匀

3. 与无间隔件通道相比，舍伍德数（Sh）最大增幅达50%

   该发现为工业级螺旋卷式模块设计提供了关键参数。

Conclusion and future work

当前模型可扩展至三维瞬态模拟，下一步将结合实验验证，推动新一代氢能系统膜组件的工程化应用。

（注：翻译保留了专业术语如k–ω模型、舍伍德数等英文缩写，并采用生命科学领域常见的生动表述如"冲刷膜表面"等，同时确保H₂/CO₂等化学式格式规范。）