分層水庫等溫層曝氣動(dòng)力學(xué)模型.pdf

1、內(nèi)源污染逐漸演化成為影響分層湖泊水庫水質(zhì)的主導(dǎo)因素。等溫層曝氣是控制分層水庫內(nèi)源污染的有效技術(shù),但國內(nèi)外現(xiàn)有的等溫層曝氣動(dòng)力學(xué)模型的預(yù)測精度不理想,無法指導(dǎo)等溫層曝氣的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行。
　　本文采用理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法,建立了等溫層曝氣水動(dòng)力學(xué)模型和氧傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型,合理確定了關(guān)鍵的模型參數(shù),成功預(yù)測了等溫層曝氣器內(nèi)表觀水流速度和溶解氧濃度分布;利用所建的等溫層曝氣水動(dòng)力學(xué)模型和氧傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型,研究了曝氣量、曝氣孔

2、徑和升流區(qū)高度等對等溫層曝氣混合充氧效果的影響特性,提出了等溫層曝氣器的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行方法。
　　論文主要研究成果如下:
　　(1)系統(tǒng)分析了等溫層曝氣器內(nèi)氣水兩相流運(yùn)動(dòng)的輸入能量以及各項(xiàng)能量損失,建立了基于曝氣室內(nèi)能量平衡方程和氣液漂移方程的一維等溫層曝氣水動(dòng)力學(xué)模型,以及該模型的基于MATLAB的真域算法,合理表征了渦流能量損失系數(shù)KW和曝氣室頂部能量損失系數(shù)KT,利用美國Prince湖和Western Branch湖等

3、溫層曝氣器的現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù),對水動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,應(yīng)用所建水動(dòng)力學(xué)模型能將表觀水流速度的預(yù)測誤差從之前的±25％降低到±8%。
　　(2)利用等溫層曝氣器小試裝置,進(jìn)行了不同工況條件下的等溫層曝氣試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明曝氣器內(nèi)表觀水流速度隨曝氣量的增加而增大,隨曝氣孔徑和升流區(qū)高度的增加而減小,主要是不同工況條件下各項(xiàng)能量的再分配所致;合理確定了渦流能量損失系數(shù) KW、曝氣室頂部能量損失系數(shù) KT和氣液漂移速度,應(yīng)用所建的一維水動(dòng)力

4、學(xué)模型成功預(yù)測了不同工況條件下的表觀水流速度,預(yù)測誤差為±10%。
　　(3)根據(jù)美國Prince湖和Western Branch湖等溫層曝氣器結(jié)構(gòu)尺寸和相關(guān)的模型參數(shù),利用所建的等溫層曝氣水動(dòng)力學(xué)模型,預(yù)測的表觀水流速度的變化特性與等溫層曝氣器小試裝置的變化特性類似。
　　(4)重點(diǎn)分析了等溫層曝氣器升流區(qū)氣泡—水體界面的氧傳質(zhì)過程,合理確定了表征氧傳質(zhì)效果的各項(xiàng)參數(shù),在單個(gè)離散氣泡模型和雙膜理論基礎(chǔ)上建立了等溫層曝氣氧傳

5、質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型及其解析方法,利用等溫層曝氣水動(dòng)力學(xué)模型解析所得氣含率εgr和表觀水流速度Ulr,成功預(yù)測了美國Prince湖和Western Branch湖等溫層曝氣器的充氧效果。
　　(5)根據(jù)利用等溫層曝氣氧傳質(zhì)模型的預(yù)測結(jié)果,減小氣泡直徑和增加水深均有利于改善曝氣室升流區(qū)充氧效果,特別當(dāng)氣泡直徑達(dá)到微米級別時(shí),曝氣充氧能力大大增強(qiáng);固定曝氣器尺寸時(shí),當(dāng)曝氣量Qg增加到一定臨界值時(shí),隨著曝氣量Qg的增加,曝氣室升流區(qū)內(nèi)充氧效果反