液體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器流場及其測量系統(tǒng)研究.pdf

1、在電廠循環(huán)水中的有機物可使微生物生長,形成有機附著物如藻類。水系統(tǒng)微生物的大量繁殖將在換熱面產(chǎn)生生物沉積物,如果不進行水處理,將產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)垢問題,影響電廠的安全經(jīng)濟運行。早期的循環(huán)水殺菌滅藻一般采用加氯處理。加氯對一些有氨的水效果很差,而且有氯胺類污染物產(chǎn)生,隨著水資源的日益短缺和環(huán)保要求的日益嚴(yán)格,在應(yīng)用中逐漸被新技術(shù)取代。目前一般采用加殺生劑的方法對循環(huán)水進行殺菌滅藻處理,殺生劑分為氧化型和非氧化型兩種。前者主要有液氯、漂白粉、二

2、氧化氯、臭氧等,后者主要有氯代酚類、季胺鹽類和丙烯醛類等。無論選用哪種殺生劑,都或多或少存在-些缺點。如二氧化氯,雖然殺菌效果不受PH值的影響,除殺菌滅菌外還可殺死孢子和病毒,但加藥操作麻煩,藥物降減緩慢,見效不明顯,且高濃度藥劑不穩(wěn)定,藥劑濃度太稀又不便運輸,且不易存放,有效期太短。再如氯代酚類,雖然加藥方便,效果較好,但對人的眼、鼻黏膜及皮膚有刺激性,排入水域后會造成環(huán)境污染。而季胺鹽類見效快且持久性較好,有剝離作用,效果較好,且操

3、作方便,但加藥量大,藥液易起泡,要求循環(huán)水含鹽量不宜太高。
　　 本課題旨在研究一種新的物理方法對循環(huán)水進行滅藻處理,設(shè)計并制造了實驗用液體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器,以期利用撞擊流反應(yīng)器內(nèi)兩股流體相向運動產(chǎn)生的強烈撞擊和剪切力來殺死藻類細(xì)胞,以達(dá)到滅藻的目的。為此,需要對撞擊流反應(yīng)器內(nèi)部流場進行深入細(xì)致的研究。
　　 本文首先對液體連續(xù)相撞擊流流場進行了理論研究,建立了液體連續(xù)相撞擊流數(shù)學(xué)模型;然后,利用Fluent軟件的前處

4、理軟件Gambit建立了液體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器的幾何模型和物理模型,進而利用Fluent軟件對其內(nèi)部的流場進行數(shù)值模擬;為確定最優(yōu)操作條件,優(yōu)化結(jié)構(gòu)提供了有用的信息。最后設(shè)計并建立了一套液體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器內(nèi)部流場PW測量實驗裝置,實現(xiàn)了流場無接觸瞬時測量。
　　 流場的測量是工業(yè)裝置設(shè)計和放大的基礎(chǔ),因此為了為液體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器設(shè)計放大并實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用提供有用的數(shù)據(jù),建立了與傳統(tǒng)的PW系統(tǒng)不同的雙色光源PW流場測量系統(tǒng),將

5、流場的變化記錄在一個彩色圖像上,只要光源的功率足夠大,就可以記錄流場的高速變化,且對象位置與時間的關(guān)聯(lián)明確,無須先驗知識,實現(xiàn)了流場無接觸瞬時測量,為撞擊流流場的測量提供了一種簡潔方便,精度可靠的方法。雙色光源PIV流場測量系統(tǒng)的建立包含如下內(nèi)容:
　　 ①PIV測量系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用了雙色光源,紅色閃光在前,綠色閃光在后,將流場的變化記錄在-個彩色圖像上,只要光源的功率足夠大,就可以記錄流場的高速變化,且對象位置與時

6、間的關(guān)聯(lián)明確,無須先驗知識。在當(dāng)前的技術(shù)條件下,可以很方便地將原圖像分離為一幅紅色圖像和-幅綠色圖像,更加便于相關(guān)檢測,同時也大大降低了費用②PIV測量系統(tǒng)的軟件編制。計算機上的控制程序?qū)崿F(xiàn)了與單片機上的控制程序通信和人機交互。
　　 ③PIV測量系統(tǒng)激光光刀的光電設(shè)計。提出了一種大相對孔徑的半導(dǎo)體激光準(zhǔn)直鏡結(jié)構(gòu),設(shè)計了鏡頭參數(shù),同時設(shè)計了脈沖調(diào)制激光管驅(qū)動電路,所設(shè)計的準(zhǔn)直鏡結(jié)構(gòu)簡單,尺寸小,激光管輸出光能量利用率達(dá)90％,所

7、設(shè)計的驅(qū)動電路工作穩(wěn)定,可根據(jù)需要連續(xù)輸出周期和脈寬精確可調(diào)的激光脈沖。上述特點使本光電設(shè)計不但適用于PIV系統(tǒng),也可應(yīng)用于激光掃描、激光測距等應(yīng)用領(lǐng)域。
　　 ④PIV測量系統(tǒng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法研究。為了實現(xiàn)由序列圖像解算真實流場數(shù)據(jù),設(shè)計了應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法,該方法將一畫有標(biāo)準(zhǔn)間距網(wǎng)格的平板放置在透明圓桶內(nèi),網(wǎng)格平面通過筒體軸線,容器內(nèi)充滿水,數(shù)字?jǐn)z像機固定在容器外,光軸垂直于網(wǎng)格平面,借助軟件工具從網(wǎng)格圖像中得到用于