錯(cuò)位槳攪拌生物反應(yīng)器流場(chǎng)特性及溶氧性能研究.pdf

1、反應(yīng)器是生物工程中關(guān)鍵設(shè)備，反應(yīng)器中的氣相分散和溶氧性能對(duì)生物反應(yīng)有重要的影響。攪拌式反應(yīng)器是生物反應(yīng)器的重要形式之一，其攪拌槳對(duì)氣體分散和溶氧性能有重要的影響。本文中采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究錯(cuò)位式攪拌槳?dú)庖簝上嗔鲌?chǎng)特性和溶氧性能，探討利用錯(cuò)位槳改善攪拌式生物反應(yīng)器氣體分散和溶氧性能的實(shí)用性能。
　　本文基于流場(chǎng)可視化技術(shù)，對(duì)攪拌槽內(nèi)氣-液兩相流的流場(chǎng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。使用高速攝像機(jī)拍攝了氣液攪拌過(guò)程的圖像，分析圖像

2、明暗分布直觀的對(duì)比了使用不同攪拌槳時(shí)的氣泡大小及分布狀態(tài)，并編寫(xiě)程序進(jìn)行圖像處理和氣泡識(shí)別，獲得了攪拌槽內(nèi)氣泡的尺寸分布情況。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析可知使用錯(cuò)位渦輪槳時(shí)，攪拌槽內(nèi)氣泡分布相比于標(biāo)準(zhǔn)六直葉渦輪槳更加均勻。氣泡識(shí)別結(jié)果表明，增大轉(zhuǎn)速和降低通氣量能夠減小攪拌槽內(nèi)氣泡尺寸，使用錯(cuò)位渦輪槳，能夠使氣泡尺寸趨于一致，不易出現(xiàn)大的氣泡，而且能夠有效的降低攪拌槽內(nèi)氣泡的平均直徑，增大氣-液交界面積?；跉W拉-歐拉雙流體模型、多重參考系法及標(biāo)準(zhǔn)k-

3、ε方程，建立了攪拌槽氣液兩相流數(shù)值模擬方法，對(duì)生物反應(yīng)器氣液攪拌過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。分析對(duì)比了使用錯(cuò)位渦輪槳和標(biāo)準(zhǔn)六直葉渦輪槳時(shí)攪拌槽內(nèi)的流速、氣含率、湍動(dòng)能、剪切力等數(shù)據(jù)。模擬結(jié)果與PIV實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。結(jié)果表明使用錯(cuò)位渦輪槳能夠優(yōu)化攪拌槽內(nèi)流形，并能夠擴(kuò)大攪拌槳的作用范圍，明顯增加兩槳之間區(qū)域的氣含率，提高攪拌槽內(nèi)湍動(dòng)能和剪切力的分布均勻性。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了亞硫酸鈉法測(cè)體積溶氧系數(shù)實(shí)驗(yàn)和活性污泥培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，