微孔曝氣多相流動的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、水污染是當(dāng)今社會最重要的環(huán)境問題之一。曝氣作為污水處理的核心環(huán)節(jié)，其運行效果一直受到人們的重點關(guān)注。微孔曝氣技術(shù)因溶氧效率高，占地面積小而獲得廣泛關(guān)注。微孔曝氣對污水的處理效果與氣泡羽流流體動力學(xué)特性息息相關(guān)。氣泡羽流的振蕩行為、偏移運動與氣泡粒徑的分布特性等運動特性對曝氣效率具有重要的影響。目前的研究缺乏針對不同程度的附壁效應(yīng)以及不同物性的液相環(huán)境下的運動特性分析。針對這一情況，本文做了以下工作：
　?。?）建立小試曝氣池實驗系

2、統(tǒng)。在不同曝氣流量、曝氣位置、液相物性的條件下，通過高速攝影拍攝氣泡羽流整體形態(tài)，分析氣泡羽流振蕩行為的變化規(guī)律。研究表明，振蕩幅度隨氣泡羽流高度增高和曝氣量增大變得更劇烈；當(dāng)曝氣位置偏離池底中心時，附壁效應(yīng)的存在會對羽流的振蕩形成遏制；在表觀粘度較大的非牛頓流體中，振蕩受到明顯抑制。
　?。?）基于歐拉-歐拉方法建立預(yù)測氣泡羽流多相流場的數(shù)值模型，計算氣泡羽流的運動的偏轉(zhuǎn)角度。模擬結(jié)果與通過實驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析獲得的偏轉(zhuǎn)角度吻合

3、良好。并且，根據(jù)清水和羧甲基纖維素鈉水溶液中的實驗結(jié)果，建立氣泡的偏轉(zhuǎn)角度的無量綱數(shù)函數(shù)關(guān)系式。分析認為液相表面張力的增大會促進氣泡羽流的偏轉(zhuǎn)，并且在高表觀粘度的非牛頓流體中液相粘性力的影響顯著。
　?。?）利用高速攝影實驗系統(tǒng)拍攝微孔曝氣形成的氣泡，采用數(shù)字圖像處理方法，分析二維氣泡的當(dāng)量直徑。實驗結(jié)果表明，曝氣量的增大會拓寬氣泡尺寸的分布范圍，并增大氣泡的Sauter平均直徑。在清水中附壁效應(yīng)引起Sauter平均直徑的增大較為