基于FBG的生物膜式反應(yīng)器內(nèi)溫度場(chǎng)測(cè)量方法研究.pdf

1、生物膜滴濾塔反應(yīng)器是一個(gè)含生化反應(yīng)的多元多相流、傳熱傳質(zhì)的復(fù)雜體系,流體的多相流動(dòng)和傳輸特性又與多孔填料塔內(nèi)的生化反應(yīng)特性密切相關(guān)?？偨Y(jié)國內(nèi)外相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)方面的研究工作可知:生物膜滴濾塔反應(yīng)器可以動(dòng)態(tài)控制、并能夠影響有機(jī)廢水降解效率的熱物理參數(shù)包括:系統(tǒng)溫度場(chǎng)、有機(jī)廢水的濃度場(chǎng)和速度場(chǎng)、氣相的濃度場(chǎng)和速度場(chǎng)、反應(yīng)器填料段的壓力場(chǎng)等。這些參數(shù)具有復(fù)雜性、空間分布性、時(shí)間動(dòng)態(tài)性,并直接或間接地影響著有機(jī)廢水中的有機(jī)質(zhì)在生物膜中的擴(kuò)散速度

2、場(chǎng)、濃度場(chǎng)乃至生物膜厚度等,從而影響生物膜對(duì)有機(jī)廢水的降解效率。正是由于反應(yīng)器中生化反應(yīng)過程的這些復(fù)雜性和不確定性,導(dǎo)致了過程機(jī)理研究與過程優(yōu)化控制的困難。文章提出采用“分布式光纖Bragg光柵(FBG)”技術(shù)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)溫度場(chǎng)分布進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,同時(shí)建立了能夠完整描述反應(yīng)器內(nèi)溫度場(chǎng)分布的數(shù)學(xué)模型,研究了溫度和壓力二參量對(duì)FBG的交叉敏感特性。主要研究成果如下:
　?、僭O(shè)計(jì)并搭建了處理有機(jī)廢水的實(shí)驗(yàn)裝置,根據(jù)反應(yīng)器的幾何特征和處理對(duì)象

3、設(shè)計(jì)并制作了液體分布器、液體收集器。分析了影響反應(yīng)器降解效率的因素。
　?、谠O(shè)計(jì)并制作了FBG溫度傳感單元、FBG溫度傳感陣列,研究了傳感單元和傳感陣列的溫度分辨率、測(cè)量誤差以及各傳感單元Bragg中心波長漂移量與溫度之間滿足的函數(shù)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:FBG溫度傳感單元以及傳感陣列的溫度分辨率為0.10℃,誤差為±0.20℃。研究了溫度和壓強(qiáng)二參量對(duì)FBG交叉敏感特性,給出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明:當(dāng)?T和?P的值分

4、別達(dá)到90℃和90MPa時(shí),交叉敏感項(xiàng)的值將達(dá)到1pm。
　?、鄹鶕?jù)熱力學(xué)參數(shù)、氣-液-固-生物相參數(shù)以及滴濾塔結(jié)構(gòu)參數(shù)等,以細(xì)胞代謝產(chǎn)熱模型、非牛頓流體在毛細(xì)管內(nèi)的滲流模型、毛細(xì)管展開微平面上對(duì)流傳熱的等效模型,建立了一個(gè)完整的用于描述反應(yīng)器內(nèi)溫度場(chǎng)分布、壓力場(chǎng)分布的數(shù)學(xué)模型。深入研究了反應(yīng)器內(nèi)溫度分布與降解效率之間的函數(shù)關(guān)系。
　　④采用FBG溫度傳感陣列系統(tǒng),對(duì)生物膜反應(yīng)器在掛膜啟動(dòng)前、掛膜啟動(dòng)初期、掛膜啟動(dòng)穩(wěn)定后的溫