基于CFD的臭氧傳質(zhì)模型的研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TU992.3國(guó)際圖書分類號(hào)：628工學(xué)碩士學(xué)位論文基于CFD的臭氧傳質(zhì)模型的研究碩士研究生：喻勇導(dǎo)師：李繼副教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：環(huán)境科學(xué)與工程所在單位：深圳研究生院答辯日期：2008年12月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要由于臭氧對(duì)幾乎所有的細(xì)菌、病毒、霉菌、真菌具有非常強(qiáng)的滅活效果，且能滅活賈第蟲和隱孢子蟲，使得臭氧在飲用水消毒中的地位越來越高。但是當(dāng)水中含有溴離子時(shí)，會(huì)生成溴酸鹽，在低劑量的情況

2、下便有致癌的作用。因此臭氧消毒面臨著如何優(yōu)化消毒效率和消毒副產(chǎn)物的問題。目前，臭氧消毒效果主要通過CT10來評(píng)價(jià)，而CT10的評(píng)價(jià)方法過于保守，致使過量的投加臭氧，增加消毒副產(chǎn)物。要想在保證消毒效率得到同時(shí)，控制副產(chǎn)物的生成，則需盡可能的使臭氧接觸池的臭氧濃度分布均勻。臭氧接觸池多為鼓泡式，臭氧傳質(zhì)是臭氧在水中分布的關(guān)鍵因素，決定著臭氧在接觸池中的濃度分布。針對(duì)以上問題，本課題將臭氧傳質(zhì)和衰減動(dòng)力學(xué)、消毒動(dòng)力學(xué)、溴酸鹽生成動(dòng)力學(xué)進(jìn)行耦合

3、，利用CFD(ComputationalFluidDynamics計(jì)算流體力學(xué))進(jìn)行鼓泡柱式臭氧接觸池進(jìn)行全流場(chǎng)模擬，并在溴酸鹽的生成機(jī)理研究基礎(chǔ)上，對(duì)臭氧接觸池進(jìn)行優(yōu)化，解決臭氧化工藝目前面臨的安全性問題。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。本論文將針對(duì)臭氧傳質(zhì)和衰減建立臭氧傳質(zhì)的CFD模型，為課題的下一步進(jìn)行建立基礎(chǔ)。本文利用氣液傳質(zhì)理論原理，測(cè)定了在目標(biāo)污染物下，臭氧在鼓泡柱中的傳質(zhì)系數(shù)和衰減系數(shù)，測(cè)定的臭氧容積傳質(zhì)系數(shù)為0.13

4、3()kgmh?，衰減系數(shù)為0.513()kgmh?。并以此動(dòng)力學(xué)參數(shù)，建立臭氧傳質(zhì)的CFD(計(jì)算流體力學(xué))多相流模型。模型結(jié)果與實(shí)驗(yàn)所觀察到的現(xiàn)象是一致的。模型結(jié)果表明壓力沿軸向依次降低，壓力在彎管的底部彎管處損失值為2000pa；鼓泡柱的含氣率在鼓泡柱的中心軸上較高，沿橫向降低，兩種氣體同時(shí)進(jìn)入時(shí)，即使比例不同，但是含氣率分布的總體趨勢(shì)是一致的；速度矢量分布圖表明，由于氣流的卷吸作用，在鼓泡柱的近壁面會(huì)有旋流存在。對(duì)模型進(jìn)行的無曝氣

5、和有曝氣時(shí)的停留時(shí)間分布函數(shù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，無曝氣時(shí)數(shù)值模型得出的T10、T50和T90值誤差較小，分別為7.1%、6.4%、15.4%。有曝氣時(shí)數(shù)值模型得出的T10、T50和T90值誤差較無曝氣時(shí)大，分別為12%、24.5%、20.6%。分析其原因有兩方面，一方面，如同無曝氣時(shí)數(shù)值模型忽略了實(shí)際模型中取樣口對(duì)流態(tài)的的影響一樣，曝氣時(shí)數(shù)值模型也存在這個(gè)問題；另一方面，計(jì)算流體力學(xué)的基本理論連續(xù)相紊流模型和顆粒相輸送模型本身還不夠完善，人們