微孔曝氣多相流動(dòng)的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、水污染是當(dāng)今社會(huì)最重要的環(huán)境問(wèn)題之一。曝氣作為污水處理的核心環(huán)節(jié)，其運(yùn)行效果一直受到人們的重點(diǎn)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(duì)污水的處理效果與氣泡羽流流體動(dòng)力學(xué)特性息息相關(guān)。氣泡羽流的振蕩行為、偏移運(yùn)動(dòng)與氣泡粒徑的分布特性等運(yùn)動(dòng)特性對(duì)曝氣效率具有重要的影響。目前的研究缺乏針對(duì)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(yùn)動(dòng)特性分析。針對(duì)這一情況，本文做了以下工作：
　?。?）建立小試曝氣池實(shí)驗(yàn)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(guò)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(shí)，附壁效應(yīng)的存在會(huì)對(duì)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(cè)氣泡羽流多相流場(chǎng)的數(shù)值模型，計(jì)算氣泡羽流的運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度。模擬結(jié)果與通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立氣泡的偏轉(zhuǎn)角度的無(wú)量綱數(shù)函數(shù)關(guān)系式。分析認(rèn)為液相表面張力的增大會(huì)促進(jìn)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。
　　（3）利用高速攝影實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，曝氣量的增大會(huì)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