新型加压生物反应器内部流场研究

在不干扰流场的情况下,利用PIV流场测试系统对改造的微孔曝气生物反应器内部流场进行高精度可视化测量。在较宽的操作条件下,通过对不同曝气通量工况的流场测试和数值模拟,得到了不同表观气速下液相的速度矢量场;分析了液相循环速度大小对反应器流动特征的影响及其对气液的混合和传质以及含氧率的影响,为曝气生物反应器的设计与放大提供了依据。     

浸没式膜生物反应器内膜面传质特性实验

应用粒子图像测速(PIV)技术测试膜面附近的气液两相流动力学特性,在6种不同曝气强度条件下,测试得到膜面附近的液相流场数据,并计算得到膜面传质系数、浓差极化边界层厚度以及膜面切向应力等膜面传质特性参数。结果表明,曝气强度和液相速度对膜面传质特性的影响较大,在一定范围内增加曝气强度可以使得膜面传质特性加强。本文的研究结果为膜生物反应器系统的优化设计提供了研究经验和实验数据。     

基于PIV荧光粒子法的膜面气液两相流场特性研究

采用PIV荧光粒子法研究了1.0、1.5、2.5 mm 3种不同的曝气孔径下,不同曝气强度对膜面气液两相流流场流体力学的影响。实验应用Size-Shape-Analysis模块分析了在曝气孔径为1.5 mm、曝气强度为24 L/h条件下,膜面流场中气泡的运动规律以及3种不同曝气孔径在曝气强度为24、48、72、96、140、180、220 L/h下近膜面雷诺应力的变化规律。结果表明由1.5 mm曝气孔径产生气泡运动过程中,气泡形态呈椭圆形,等效直径主要集中在5~6 mm之间,大部分气泡速度集中在0.1~0.2 m/s之间;曝气强度的增加与雷诺应力的变化呈正相关关系;在本实验条件下,1.5 mm曝气孔径、140 L/h曝气强度下可产生较大的雷诺应力的变化,为最佳曝气孔径与曝气强度取值。本研究为优化膜生物反应器内流场进而减轻膜污染提供了理论依据。     

气体搅拌下厌氧消化反应器CFD数值模拟及模型研究

采用数值模拟方法对气体搅拌下厌氧消化反应器内气液两相流动进行研究,探讨不同流量下反应器内非牛顿液相的速度场、流场及动力黏度等流体动力学信息,并进一步分析不同多相流模型、相间作用力以及多相湍流模型对液相速度的影响。结果表明:入口气体流量的增大并没有对流场形态和旋涡分布产生明显影响,但能有效降低液相动力黏度峰值,改善厌氧消化反应器内液相的流动性,尤其影响着反应器四周底部区域液相动力黏度。入口流量为2.05 m L/s及5.3 m L/s时,欧拉双流体模型与欧拉双流体模型耦合群体平衡模型(Population balance model,PBM)模拟得到的液相速度与实验值较为接近,并优于欧拉-拉格朗日模型;采用标准k-ε模型(Standard k-ε),重整化群k-ε模型(RNG k-ε)得到的液相速度模拟值优于可实现k-ε模型(Realizable k-ε)。相间作用力考虑为升力及曳力组合时,模拟得到的液相速度与实验值吻合良好。     

膜片式微孔曝气生物反应器的实验

为了适应在高营养、高密度、高溶氧、高粘度、低剪切条件下培养微生物和动植物细胞或组织的需要，研制了新型的膜片式曝气生物反应器。其关键部件是膜片微孔曝气分布器。对反应器进行了流动特性、压降、气含率等方面的研究，选取了最佳的膜片微孔曝气分布器。实验结果表明：这种生物反应器产生的气泡均匀，供氧效率高，混合性能好，且对介质无机械的剪切破坏作用，与机械搅拌生物反应器相比，可节约1／2的电能，可被广泛应用于中小型反应器。     

一体式沼气安全脱硫反应器的操作优化和运行性能

文章采用正交试验考察了曝气量、气液比、脱硫液碱度对一体式沼气安全脱硫反应器脱硫效能的影响.试验结果表明,操作条件对反应器脱硫效能的影响程度为:曝气量＞脱硫液碱度＞气液比.在反应器容积气体负荷为32.5 m3·m-3d-1,硫化氢浓度为10 g · m-3的条件下,最佳操作条件组合为曝气量72 m3·m-3d-1,脱硫液碱度为4000 mg·L-1,气液比为0.625.在反应器容积气体负荷为40 m3·m-3d-1,硫化氢浓度高达20 g·m-3的条件下,反应器的容积硫化物去除率为0.74 kg·m-3d-1,沼气脱硫率为93.8％.一体式沼气安全脱硫反应器脱硫成本为0.11元·m-3和6元·(kg-S)-1.     

旋转磁场光磁污水处理反应器的流场模拟与分析

许多环境工程设备需要针对不同的废水情况进行设计,但是污水处理反应器中的内部流场极其复杂,单靠经验很难判断设备的工作情况和净化效果.为了研究旋转磁场光磁污水处理反应器的流场空间分布特点,采用Gambit软件建立光磁反应器的物理模型,利用Fluent软件对三维模型的流场进行数值模拟,讨论了3种转速下对内部流场的影响,并分析了不同转速下液相流的流场分布特点.结果表明,流体流速随转速增大而增大,转速为0.2 rad/s时,流体流动较弱;而转速为0.5 rad/s时,流体能充分循环流动,但流场流速偏低;虽然转速为1.0 rad/s相比转速为0.5 rad/s时的流体紊动动能大,流场分布均匀,但此时会形成旋涡.分析不同转速下的流体流场特点,可为反应器结构设计优化提供参考.     

迷宫螺旋泵气液两相流场的数值模拟及试验

基于混合物多相流模型、RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,应用CFD软件Fluent对迷宫螺旋泵内气液两相流场进行数值模拟并通过试验进行验证.通过分析流道内不同截面上的压力、速度以及含气率分布,研究泵内气液两相流场的流动情况.模拟结果表明,压力分布从进口到出口沿螺旋槽逐渐升高,增压效果明显,速度分布在环形腔的外侧比在内侧稍大,螺旋部分含气率分布比较均匀,进出口处出现含气率分布不均匀现象,局部含气率较高,在此要防止气堵现象的发生.试验结果表明所采用的计算模型基本符合泵内部流动的实际情况,这说明模拟结果一定程度上揭示了迷宫螺旋泵内部气液两相流场的流动规律,可为迷宫螺旋泵气液两相流研究提供理论依据,试验结果同时表明迷宫螺旋泵进行气液混输时具有良好的曝气效果,可作为传统曝气设备的替代产品.     

加压微孔曝气反应器内气含率的实验研究

本文对内径0．3m、高1m的加压微孔曝气反应器内的气含率进行了系统的研究,得出了曝气通量、表面张力、粘度和系统压力对气含率的影响特性。得出在实验范围内,反应器内的气含率随曝气通量、操作压力的增大而增大,随表面张力、粘度的增大而减小,根据质量守恒定理和气泡聚并的能量理论作出了定性的解释,同时根据试验数据得出了气含率的实验关联式。     

叶片形状对倒伞曝气机性能的影响

为了探究直叶片和倾斜叶片对倒伞曝气机性能的影响,获得不同叶片形状倒伞曝气机驱动下氧化沟的流场特性,以1个符合几何相似、运动相似和动力相似理论的缩比双倒伞曝气机驱动下的氧化沟模型为研究对象,采用VOF自由液面模型与标准k-ε湍流模型相结合的方法,对不同叶片形状的倒伞曝气机驱动下的氧化沟内部流动进行了三维数值模拟.结果表明,2类倒伞曝气机消耗的功率相近,叶片形状的不同影响着倒伞曝气机的充氧能力和推流能力:直叶片倒伞曝气机驱动下,氧化沟过轴截面的气相体积分数较倾斜叶片大0.66%;直叶片倒伞曝气机对表层水域的推动能力较强,而倾斜叶片倒伞曝气机则对底层流体有较强的推动能力,沟底死水区相较于直叶片倒伞曝气机减小0.70%,且倒伞曝气机附近的流体能以较快的速度流向壁面;在双倒伞曝气机驱动下,氧化沟内的流动呈对称分布,下游倒伞曝气机能够明显提升和加速来流速度.