開孔文丘里管摻氣水流的水力和增氧特性研究.pdf

1、水體中溶解氧濃度是反應(yīng)水質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。過低會造成水生物生長速度減緩，繁殖能力下降乃至死亡，因此保持適當(dāng)?shù)乃w溶解氧濃度具有重要的意義。大氣增氧是水體中溶解氧的來源之一。本文以開孔文丘里管摻氣水流為研究對象，建立并驗證了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，研究了水力參數(shù)和幾何參數(shù)對氣體體積分數(shù)和溶解氧恢復(fù)系數(shù)的影響規(guī)律。
　　首先，本文建立了開孔文丘里管摻氣水流的三維數(shù)學(xué)模型，利用FLUENT軟件中的UDF對溶解氧輸移擴散進行相應(yīng)的編程。利用建立的物理

2、模型實驗和他人相關(guān)文獻數(shù)據(jù)，分別對溶解氧恢復(fù)系數(shù)和氣體體積分數(shù)進行了驗證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者的計算值與實測值比較吻合，可以進行下一步計算和預(yù)測工作。
　　然后，利用驗證后的數(shù)學(xué)模型分別計算了不同進口溶解氧濃度、進口水流流速、開孔直徑、斷面收縮比和開孔文丘里管下游長度條件下，開孔文丘里管摻氣水流溶解氧恢復(fù)系數(shù)和出口處的氣體體積分數(shù)。
　　通過分析開孔文丘里管內(nèi)流線、速度場、紊動動能、紊動耗散率和氣體體積分數(shù)，發(fā)現(xiàn)水氣混合后，由于重力

3、的作用，管軸上部的氣體體積分數(shù)較大，不利于水體增氧。喉部開孔下游壁面和喉部與擴散段附近的二次流區(qū)是開孔文丘里管摻氣水流的能量損失重要區(qū)域之一，但是強烈的旋滾水流有利于氣泡破碎和增加氣泡滯留在水體的時間。
　　水力與幾何參數(shù)對氣體體積分數(shù)和溶解氧恢復(fù)系數(shù)有重要的影響。隨著斷面收縮比的減小，氣體體積分數(shù)先增大后減小;隨著進口水流流速的增大，氣體體積分數(shù)減小;隨著開孔直徑的增大，氣體體積分數(shù)有所增加，但增加速率逐漸降低。進口水流流速越大

4、，下游主管長度越短，溶解氧恢復(fù)系數(shù)越小;隨著斷面收縮比的減小，溶解氧恢復(fù)系數(shù)先增大后減小;在一定范圍內(nèi)，隨著開孔直徑的增加，溶解氧恢復(fù)系數(shù)增加;溫度與水體飽和溶解氧濃度呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，隨著溫度的升高，水體飽和溶解氧濃度降低，但溶解氧恢復(fù)系數(shù)增加。利用量綱分析法和最小二乘法，擬合了20℃時，開孔文丘里管開孔直徑，主管直徑，喉部直徑，下游主管長度，進口斷面水流平均流速，進口溶解氧濃度，運動粘度系數(shù)與溶解氧恢復(fù)系數(shù)的關(guān)系式，并進行了相關(guān)驗證，