分層水庫(kù)等溫層曝氣動(dòng)力學(xué)模型.pdf

1、內(nèi)源污染逐漸演化成為影響分層湖泊水庫(kù)水質(zhì)的主導(dǎo)因素。等溫層曝氣是控制分層水庫(kù)內(nèi)源污染的有效技術(shù),但國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的等溫層曝氣動(dòng)力學(xué)模型的預(yù)測(cè)精度不理想,無(wú)法指導(dǎo)等溫層曝氣的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行。
　　本文采用理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法,建立了等溫層曝氣水動(dòng)力學(xué)模型和氧傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型,合理確定了關(guān)鍵的模型參數(shù),成功預(yù)測(cè)了等溫層曝氣器內(nèi)表觀(guān)水流速度和溶解氧濃度分布;利用所建的等溫層曝氣水動(dòng)力學(xué)模型和氧傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型,研究了曝氣量、曝氣孔

2、徑和升流區(qū)高度等對(duì)等溫層曝氣混合充氧效果的影響特性,提出了等溫層曝氣器的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行方法。
　　論文主要研究成果如下:
　　(1)系統(tǒng)分析了等溫層曝氣器內(nèi)氣水兩相流運(yùn)動(dòng)的輸入能量以及各項(xiàng)能量損失,建立了基于曝氣室內(nèi)能量平衡方程和氣液漂移方程的一維等溫層曝氣水動(dòng)力學(xué)模型,以及該模型的基于MATLAB的真域算法,合理表征了渦流能量損失系數(shù)KW和曝氣室頂部能量損失系數(shù)KT,利用美國(guó)Prince湖和Western Branch湖等

3、溫層曝氣器的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù),對(duì)水動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,應(yīng)用所建水動(dòng)力學(xué)模型能將表觀(guān)水流速度的預(yù)測(cè)誤差從之前的±25％降低到±8%。
　　(2)利用等溫層曝氣器小試裝置,進(jìn)行了不同工況條件下的等溫層曝氣試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明曝氣器內(nèi)表觀(guān)水流速度隨曝氣量的增加而增大,隨曝氣孔徑和升流區(qū)高度的增加而減小,主要是不同工況條件下各項(xiàng)能量的再分配所致;合理確定了渦流能量損失系數(shù) KW、曝氣室頂部能量損失系數(shù) KT和氣液漂移速度,應(yīng)用所建的一維水動(dòng)力

4、學(xué)模型成功預(yù)測(cè)了不同工況條件下的表觀(guān)水流速度,預(yù)測(cè)誤差為±10%。
　　(3)根據(jù)美國(guó)Prince湖和Western Branch湖等溫層曝氣器結(jié)構(gòu)尺寸和相關(guān)的模型參數(shù),利用所建的等溫層曝氣水動(dòng)力學(xué)模型,預(yù)測(cè)的表觀(guān)水流速度的變化特性與等溫層曝氣器小試裝置的變化特性類(lèi)似。
　　(4)重點(diǎn)分析了等溫層曝氣器升流區(qū)氣泡—水體界面的氧傳質(zhì)過(guò)程,合理確定了表征氧傳質(zhì)效果的各項(xiàng)參數(shù),在單個(gè)離散氣泡模型和雙膜理論基礎(chǔ)上建立了等溫層曝氣氧傳

5、質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型及其解析方法,利用等溫層曝氣水動(dòng)力學(xué)模型解析所得氣含率εgr和表觀(guān)水流速度Ulr,成功預(yù)測(cè)了美國(guó)Prince湖和Western Branch湖等溫層曝氣器的充氧效果。
　　(5)根據(jù)利用等溫層曝氣氧傳質(zhì)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果,減小氣泡直徑和增加水深均有利于改善曝氣室升流區(qū)充氧效果,特別當(dāng)氣泡直徑達(dá)到微米級(jí)別時(shí),曝氣充氧能力大大增強(qiáng);固定曝氣器尺寸時(shí),當(dāng)曝氣量Qg增加到一定臨界值時(shí),隨著曝氣量Qg的增加,曝氣室升流區(qū)內(nèi)充氧效果反