渦旋波流動特性及過程強(qiáng)化.pdf

1、本文借助Dantec FlowMap500 DPIV系統(tǒng)，對不同結(jié)構(gòu)槽道內(nèi)的渦旋波流動時空特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。基于計(jì)算流體動力學(xué)對多種結(jié)構(gòu)參數(shù)的槽道在多種操作參數(shù)條件下所形成的渦旋波流場進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。對渦旋波膜生物反應(yīng)器中氧體積傳質(zhì)系數(shù)及模擬廢水COD降解狀況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究的主要內(nèi)容和成果如下： (1)從渦旋波流場PIV實(shí)驗(yàn)測試和數(shù)值模擬兩方面入手，分析了渦旋波流動與卡門渦街的異同，定量地分析了槽道結(jié)構(gòu)參數(shù)(槽道高度、寬

2、度、擴(kuò)張角度、擴(kuò)張比例、折流間距等)和操作參數(shù)(St、Re、三種入流形式等)對渦旋波的流動形式、渦量、剪切力等的影響，給出了由于旋渦的產(chǎn)生、發(fā)展和消失的變化過程導(dǎo)致槽道壁面區(qū)域和中心區(qū)域流體對流混合的加劇程度，找出了渦旋波流動引起過程強(qiáng)化的根本原因。 (2)根據(jù)邊界層理論，分析了渦旋波流場中旋渦產(chǎn)生發(fā)展的機(jī)理，得到如下結(jié)論：流場中第一個旋渦的產(chǎn)生是由于槽道截面突擴(kuò)致使流體產(chǎn)生了逆壓梯度，后續(xù)的旋渦是由于入流減速階段流體產(chǎn)生了逆壓

3、梯度而造成的，最后一個旋渦是由于面向來流的槽道壁面阻止了流體的流動致使流體產(chǎn)生了逆壓梯度而造成的。 (3)利用渦旋波流動的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了廢水處理渦旋波膜生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置。以清水為介質(zhì)進(jìn)行了冷模實(shí)驗(yàn)，并以人工合成廢水進(jìn)行了活性污泥降解實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：膜生物反應(yīng)器中渦旋波流動與穩(wěn)態(tài)流動相比，氧傳遞系數(shù)kLa值的增幅范圍為8.8％～107.7％，COD去除率從77％提高到97％，表明渦旋波流動對強(qiáng)化傳質(zhì)和反應(yīng)過程具有明顯的效果。正

4、交試驗(yàn)直觀分析和方差分析結(jié)果表明，Re對試驗(yàn)指標(biāo)kLa和COD去除率影響最大。本文也分析了Re、跨膜壓差TMP、通氣量QG和折流間距l(xiāng)等參數(shù)對kLa和COD去除率的影響。實(shí)驗(yàn)具有較好的重復(fù)性。 (4)在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，建立了底物降解一級反應(yīng)動力學(xué)模型：C=C0exp(-K1t)。在COD的降解過程中，HRT=4.5h，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。本文也研究了不同入口COD濃度、不同Re、TMP和QG下COD降解特性，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析，