新型倒傘型曝氣機曲面葉輪優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、為了解決當前水資源的污染和匱乏,開發(fā)和優(yōu)化污水處理工藝成為非常重要的技術(shù)手段之一。氧化溝處理工藝是污水處理的主要工藝技術(shù),而倒傘型曝氣機是該種工藝的關(guān)鍵機械設(shè)備。由于能源的日趨緊張加上氧化溝污水處理工藝對曝氣設(shè)備的高要求,新型高效低能曝氣設(shè)備的研究已經(jīng)成為推動氧化溝處理技術(shù)發(fā)展和節(jié)能降耗的重要突破點。本文基于上述背景條件下,提出了一種按照某種曲線方程規(guī)律變化的葉片,優(yōu)化設(shè)計了一種新型曲面葉輪倒傘型曝氣機。
　　本文首先研究了關(guān)于倒

2、傘型曝氣機的國內(nèi)外文獻資料,分析了倒傘型曝氣機攪拌、推流和充氧的主要工作機理是由于葉輪旋轉(zhuǎn)形成的水躍和射流使水體產(chǎn)生速度,并在減速下落時包裹大量空氣,形成氣液兩相流的傳質(zhì),同時在水體形成大氣負壓區(qū)和表面梯度壓力作用于上下層流,加速曝氣充氧和攪拌的過程。基于倒傘型曝氣機的機理,為了提高氧化溝污水處理效率和降低能耗,研究前期提出了等螺旋角對數(shù)螺旋線方程的曲面葉片,并采用計算流體力學(xué)理論和Fluent軟件的湍流方程模擬分析了不同邊界條件下該種

3、曲面葉片在工況穩(wěn)定后的攪拌推流性能,根據(jù)結(jié)果選取了優(yōu)化之方程。研究考慮到葉片實際工作時會產(chǎn)生彎曲,因此本文對葉片進行了彎曲的有限元分析,其應(yīng)力應(yīng)變在合理范圍。在等螺旋角對數(shù)螺旋線方程的基礎(chǔ)上,研究為了達到最佳流線特性提出了一種按照非等螺旋角對數(shù)螺旋線方程曲面葉片。由于條件限制和課題下一步的試驗研究,本文運用了相似準則的佛勞德準則以相同比例縮小了相應(yīng)的曲面葉片,并對等螺旋角對數(shù)螺旋線曲面葉片和非等螺旋角對數(shù)螺旋線曲面葉片進行了計算流體力學(xué)

4、的數(shù)值模擬和流速對比,發(fā)現(xiàn)后者有稍好的攪拌推流性能。因此新型曲面倒傘型曝氣機的葉輪采用非等螺旋角對數(shù)螺旋線曲面,同時本文設(shè)計和選取了倒傘型曝氣機其他零部件。在加工制造之前,本文采用了流固耦合方法對優(yōu)化后的新型曲面倒傘型曝氣機葉輪進行了單向流固耦合受力分析以驗證葉輪的可靠性,結(jié)果表明新型曲面葉輪是可靠的。
　　本文優(yōu)化設(shè)計的新型曲面倒傘型曝氣機為表面曝氣機的設(shè)計和分析提供了理論依據(jù),同時對氧化溝污水處理設(shè)備的優(yōu)化和創(chuàng)新有一定的推動作