基于FBG的生物膜式反應器內(nèi)溫度場測量方法研究.pdf

1、生物膜滴濾塔反應器是一個含生化反應的多元多相流、傳熱傳質(zhì)的復雜體系,流體的多相流動和傳輸特性又與多孔填料塔內(nèi)的生化反應特性密切相關?？偨Y(jié)國內(nèi)外相關的理論和實驗方面的研究工作可知:生物膜滴濾塔反應器可以動態(tài)控制、并能夠影響有機廢水降解效率的熱物理參數(shù)包括:系統(tǒng)溫度場、有機廢水的濃度場和速度場、氣相的濃度場和速度場、反應器填料段的壓力場等。這些參數(shù)具有復雜性、空間分布性、時間動態(tài)性,并直接或間接地影響著有機廢水中的有機質(zhì)在生物膜中的擴散速度

2、場、濃度場乃至生物膜厚度等,從而影響生物膜對有機廢水的降解效率。正是由于反應器中生化反應過程的這些復雜性和不確定性,導致了過程機理研究與過程優(yōu)化控制的困難。文章提出采用“分布式光纖Bragg光柵(FBG)”技術對反應器內(nèi)溫度場分布進行實驗研究,同時建立了能夠完整描述反應器內(nèi)溫度場分布的數(shù)學模型,研究了溫度和壓力二參量對FBG的交叉敏感特性。主要研究成果如下:
　　①設計并搭建了處理有機廢水的實驗裝置,根據(jù)反應器的幾何特征和處理對象

3、設計并制作了液體分布器、液體收集器。分析了影響反應器降解效率的因素。
　?、谠O計并制作了FBG溫度傳感單元、FBG溫度傳感陣列,研究了傳感單元和傳感陣列的溫度分辨率、測量誤差以及各傳感單元Bragg中心波長漂移量與溫度之間滿足的函數(shù)關系。實驗結(jié)果表明:FBG溫度傳感單元以及傳感陣列的溫度分辨率為0.10℃,誤差為±0.20℃。研究了溫度和壓強二參量對FBG交叉敏感特性,給出相應的數(shù)學模型和仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明:當?T和?P的值分

4、別達到90℃和90MPa時,交叉敏感項的值將達到1pm。
　?、鄹鶕?jù)熱力學參數(shù)、氣-液-固-生物相參數(shù)以及滴濾塔結(jié)構參數(shù)等,以細胞代謝產(chǎn)熱模型、非牛頓流體在毛細管內(nèi)的滲流模型、毛細管展開微平面上對流傳熱的等效模型,建立了一個完整的用于描述反應器內(nèi)溫度場分布、壓力場分布的數(shù)學模型。深入研究了反應器內(nèi)溫度分布與降解效率之間的函數(shù)關系。
　?、懿捎肍BG溫度傳感陣列系統(tǒng),對生物膜反應器在掛膜啟動前、掛膜啟動初期、掛膜啟動穩(wěn)定后的溫