渦旋波流動(dòng)特性及過程強(qiáng)化.pdf

1、本文借助Dantec FlowMap500 DPIV系統(tǒng)，對(duì)不同結(jié)構(gòu)槽道內(nèi)的渦旋波流動(dòng)時(shí)空特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究?；谟?jì)算流體動(dòng)力學(xué)對(duì)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(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。對(duì)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(chǎng)PIV實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬兩方面入手，分析了渦旋波流動(dòng)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(duì)渦旋波的流動(dòng)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(duì)流混合的加劇程度，找出了渦旋波流動(dòng)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(chǎng)中旋渦產(chǎn)生發(fā)展的機(jī)理，得到如下結(jié)論：流場(chǎng)中第一個(gè)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(gè)旋渦是由于面向來(lái)流的槽道壁面阻止了流體的流動(dòng)致使流體產(chǎn)生了逆壓梯度而造成的。 (3)利用渦旋波流動(dòng)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(dòng)與穩(wěn)態(tài)流動(dòng)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(dòng)對(duì)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(duì)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(duì)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(jí)反應(yīng)動(dòng)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，