渦旋波流動特性及過程強化.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行了實驗研究?；谟嬎懔黧w動力學對多種結(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行了數(shù)值計算。對渦旋波膜生物反應器中氧體積傳質(zhì)系數(shù)及模擬廢水COD降解狀況進行了實驗研究。研究的主要內(nèi)容和成果如下： (1)從渦旋波流場PIV實驗測試和數(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、擴張角度、擴張比例、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，設計了廢水處理渦旋波膜生物反應器實驗裝置。以清水為介質(zhì)進行了冷模實驗，并以人工合成廢水進行了活性污泥降解實驗。實驗結(jié)果表明：膜生物反應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化傳質(zhì)和反應過程具有明顯的效果。正

4、交試驗直觀分析和方差分析結(jié)果表明，Re對試驗指標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。實驗具有較好的重復性。 (4)在實驗研究的基礎(chǔ)上，建立了底物降解一級反應動力學模型：C=C0exp(-K1t)。在COD的降解過程中，HRT=4.5h，達到排放標準。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，通過實驗數(shù)據(jù)的回歸分析，