四喷嘴射流曝气器性能的三维数值模拟与实验研究

应用FLUENT对四喷嘴射流曝气器在不同工况下的引射空气性能进行三维数值模拟,分析了射流器内的场分布特性与气液两相流动结构;同时建立射流器性能实验台,对四喷嘴射流曝气器的性能进行实验研究。研究表明,四喷嘴射流器性能较高,能量损失较少,两相流动结构稳定;相对于单喷嘴射流器,四喷嘴射流器的流量比和效率随压力比的变化显著;四喷嘴射流曝气器在工况4下工作性能最好,其流量比q为3.20,效率η为36%,而相似工况下单喷嘴结构流量比q仅为1左右,效率η不超过20%;数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

射流曝气的气液两相流的数值模拟

射流曝气在活性污泥处理方法中起着重要的作用.采用数值模拟的方法研究自吸式单级单喷射流器中的气液两相流动状况,通过对不同长径比和喷嘴面积比的射流曝气器模型的气液两相流的计算,定量分析长径比和喷嘴面积比对射流曝气器流场和空气与工作介质流量比的影响,为进一步设计开发新型高效的射流曝气器提供参考.     

射流曝气的气液两相流的数值模拟

射流曝气在活性污泥处理方法中起着重要的作用。采用数值模拟的方法研究自吸式单级单喷射流器中的气液两相流动状况，通过对不同长径比和喷嘴面积比的射流曝气器模型的气液两相流的计算，定量分析长径比和喷嘴面积比对射流曝气器流场和空气与工作介质流量比的影响，为进一步设计开发新型高效的射流曝气器提供参考。     

供气式低压射流曝气器结构优化数值模拟研究

以供气式低压射流曝气器为研究对象,运用流体力学分析(CFD)软件对其建立三维模型,用Fluent软件模拟分析其结构参数(一级喷嘴直径、二级喷嘴直径、混合室长径比)对混合室内湍流混合效果的影响。正交试验结果表明,对两相湍流混合效果的影响因素为:一级喷嘴直径混合室长径比二级喷嘴直径,最佳湍流混合效果的结构参数是一级喷嘴直径14mm、二级喷嘴直径46mm、混合室长径比4,结构优化后,混合室内气液两相的分布更均匀,混合效果更优。     

孔径对微孔曝气充氧性能的影响

孔径是微孔曝气产品最重要的参数之一,研究孔径对微孔曝气氧传质的影响对于提高微孔曝气器充氧性能有重要意义。本研究在1.5 m水深条件下对不同大小孔径的钟罩型塑料微孔曝气器充氧性能进行评价。结果发现,在实验条件下,微孔曝气器的阻力损失RL、标准氧总转移系数KLas、标准氧转移速率SOTR,标准氧转移效率SOTE及理论动力效率E随孔径增大而显著减小。     

低压供气式射流器工业化性能研究

简要介绍了低压供气式射流器的工作原理和作用,对其在氧化沟污水处理工艺中的氧利用率和动力效率等因素做了测试和分析,比较了不同水深对充氧性能的影响。结果表明,低压供气式射流曝气器氧利用率达23.17%,动力效率达2.43 kg O2/(kW.h),优于其他形式的曝气设备,可以有效降低能耗。     

分散填料曝气塔多相流态分析与传氧性能表征

针对分散填料曝气塔中多相流的流态与传氧过程,实验了布气方式以及海绵和陶粒2种填料对于体系的气含率εg、流态以及气-液传质性能的影响。在表观气速U范围(0.01～0.18 m/s)内观察到81孔布气板(Φ1 mm)体系出现3个明显相区,孔数过少(25孔),或者孔间距较小(225孔)均没有明显过渡区,在湍流区(U>0.118 m/s)3种布气板的气含率没有明显差别。海绵填料体积分数εs<25%时体系的气含率没有明显变化,35%时气含率下降且过渡区提前出现。在非均相区,海绵填料明显提高了体系的传质系数KLa。陶粒填料降低了气含率,固含率对εg的影响差别不明显,同时降低了多相流体系的KLa,且随着固含率的增加KLa降低。对比多种操作条件,单位体积空气传氧能力KLa/εg无明显差别,但在81孔布气板的过渡区KLa/εg出现一个明显的极小区间,说明过渡区传氧效率较低。在特定的实验操作条件下,KLa/εg较为稳定,这为深入理解两种气泡群体的共存体系在传氧性能方面各自的权重,提供了重要的量化参考。     

微孔曝气器孔径与运行气量对微孔曝气氧传质的影响研究

曝气是污水生物处理最重要的单元之一,也是能耗最高的单元,微孔曝气氧传质影响因素的探究一直是污水处理领域的研究热点。微孔曝气器的孔径与其运行气量是影响微孔曝气氧传质的重要因素。在1.5m水深条件下对不同孔径的钟罩型刚玉微孔曝气器在不同运行气量条件下的充氧性能进行了评价。结果表明,随微孔曝气器孔径增大,标准氧总转移系数(KLas)、标准氧转移速率(SOTR)、阻力损失(RL)、标准氧转移效率(SOTE)及理论动力效率(SAE)减小;随运行气量增大,KLas、SOTR、RL显著增大,而SAE、SOTE减小。     

基于CFD模拟改良型厌氧折流板反应器(mABR)水力特性

改良型厌氧折流板反应器(modified anaerobic baffled reactor,mABR)的处理效率受水力特性的影响很大,而反应器升流室的升流速度又是影响反应器内水力特性的重要参数。使用CFD-fluent软件平台进行二维多相流数值模拟,在难降解废水水解酸化(固-液两相流)与高浓度有机废水发酵产气(气-液-固三相流)条件下,针对水流速度与固含率的变化,探究不同升流速度对反应器内流场特性的影响。结果表明:升流速度的增加及反应器厌氧产气有利于抬升泥水界面,促进泥水混合,提高传质效率;但过高的升流速度将导致污泥流失,使生物量的保持能力下降。通过分析可知,当两相流和三相流升流速度分别为2.0～2.5 m·h~(-1)和1.5～2.0 m·h~(-1)时,水力搅动及固含率分布较为显著,有利于泥水混合,使得反应器去除污染物效率最佳。     

一种废气吸收新装置的传质试验

介绍了一种废气吸收装置的传质试验,该装置利用射流泵进行吸气和液气混合。在分析了喷射形式下传质吸收研究的资料后,对该装置进行了模拟废气吸收试验,结合泵的性能研究装置的传质吸收特性,对不同面积比射流泵的传质情况进行了分析。     

改善气液传质效率实现丝状菌膨胀污泥控制的方法

为了研究活性污泥系统中丝状菌的存在与污泥气液传质的关系,实验测量了不同絮体结构丝状菌污泥对体积溶氧传质系数(kLa)的影响,并考察了改善气液传质效率对控制丝状菌膨胀的影响。实验结果表明,丝状菌对气液传质的影响主要取决于丝状菌的沉淀性能而不是丝状菌的数量。在由于溶氧不足导致丝状菌膨胀的条件下,可以通过改善丝状菌絮体结构提高系统的气液传质效率,即通过絮体结构调控消除溶氧不足的外在条件,从而实现了控制丝状菌膨胀的目的。研究成果以改善丝状菌结构为手段,从微生物本身出发提高系统曝气效果,为控制丝状菌膨胀提供了新的思路。     

膜孔参数及表面活性剂对微孔曝气器充氧性能的影响研究

污水处理厂曝气设备的性能及水质条件是影响曝气充氧性能的重要因素,比较了清水及不同表面活性剂浓度下橡胶膜曝气器的曝气充氧性能,以标准氧传质效率(SOTE)为评价指标,得出了不同工况及膜孔参数下曝气充氧性能的变化规律。结果表明:在清水条件下,SOTE随着通气量、膜孔间距、膜孔孔径的增大而降低;表面活性剂条件下的SOTE(αSOTE)随着表面活性剂浓度的增大而降低;修正系数(α,αSOTE与SOTE的比值)随着膜孔孔径的增大而增大,膜孔孔径越小,表面活性剂对橡胶膜曝气器充氧性能的抑制作用越大。     

曝气器工业化性能测试研究

对7种曝气器产品分别进行了单盘耐用性生产试验、单盘清水充氧性能试验以及对在大生产试验期间的服务面积、供气量、阻力变化、停气后阻力变化、曝气强度等方面进行了测试对比工作。试验表明,中微孔曝气器的各种性能指标明显优于大孔曝气器,可显著提高混合液中氧的吸收率。     

PCF型湿式除尘脱硫器气液流场数值模拟

利用FLUENT6.3对PCF型湿式除尘脱硫器装置内的三维气液两相流场进行数值模拟,分析装置内气液两相分布特性。模拟结果表明,PCF装置内的导流板对气液两相的分布特性影响显著,使气相分布更加均匀。导流板和自激通道是引起装置压力损失的主要原因。PCF装置的套筒式结构有效地减少了烟气带水问题,并减少了除雾器的安装,使除尘器的结构更加简单。模拟结果对设备的优化设计和实际运行有一定的指导作用。     

两相均流板对弯管中气固两相运动分布特征的影响

针对燃煤电厂烟气污染物脱除系统设备入口弯管内的气固两相分布不均的问题,提出一种两相均流板,采用CFD数值模拟的方法对比分析了安装两相均流板与常规导流装置的弯道内气流速度分布、颗粒质量浓度分布以及弯管进出口压差变化特征。结果表明:在弯管内安装两相均流板较安装导流板/三角翼挡板更优,既可以使气固两相均匀分布又可以有效降低系统的压阻,克服了常规均流装置气固两相均流效果不佳、阻力大等缺点,在较低的压阻下解决燃煤电厂烟气污染物脱除系统入口气固两相混合不均匀的问题,有效提高污染物脱除效率。     

臭氧在柱式反应器中的强化传质过程

结合理论分析,提出了影响臭氧在水中传质效率的三大因素:表观气速μobs、初始气泡直径d、液位高H。通过实验设计,以臭氧氧化柱式反应器中气泡的行为为研究对象,以废水COD去除率及臭氧利用率为指标,考察了这三大因素对臭氧传质效率的影响,且探讨了体系中引入搅拌对强化臭氧传质的贡献。结果表明,适当地提高表观气速μobs、初始气泡直径d及液位高H都可强化气液传质、提高废水处理效果,而对于传质控制型反应效果更为显著。在低、中表观气速下,搅拌能促使气泡均匀分散,从而提高气液传质效率;而在高表观气速下,搅拌作用的强化能力是有限的。通过对搅拌作用下反应器内流体热视图分析可知,反应器内中心气泡密度、尺寸均高于近壁面位置。n=100 r·min~(-1)时,反应器内气泡直径小且分布均匀;n=200 r·min~(-1)时,反应器内气泡破碎严重,搅拌杆有气穴生成;n=500 r·min~(-1)时,反应器中心出现明显旋流与气液分层现象。     

进水流量和曝气强度对管式曝气池液相流态及氧传质特性的影响

利用粒子图像测速技术(PIV)和溶解氧在线测试仪对管式曝气池在不同进水流量和不同曝气强度工况下的液相流态和氧传质特性进行了测定。结果表明,管式曝气池在相同曝气强度下,氧转移系数和氧转移效率均随着进水流量的增加而逐渐增加;而在相同进水流量时,氧转移系数和氧转移效率均随曝气强度的增大呈先下降后逐渐上升的趋势。综合考虑理论和实际情况,PIV测量时曝气强度选择0.750m3/h。当进水流量为0.234m~3/h时,管式曝气池上中下3个区域的涡量面积分布最均匀,液相死区最少,说明此时气液两相混合程度最好。因此,管式曝气池的最佳进水流量确定为0.234m~3/h。     

喷嘴角度对脱硫塔内气液两相流场的影响

提出了采用数值模拟的方法研究喷嘴角度对脱硫塔内部气液两相流场的影响。由于实际脱硫塔尺寸庞大,给实验研究带来困难且成本很高,在数值模拟平台上,分别模拟了45°、75°和-30°3种喷嘴角度布置下脱硫塔内部速度场、温度场变化以及湍流强度的分布情况。结果表明,在角度为-30°布置时速度场变化不是很剧烈,脱硫塔进出口温差比较理想,湍流强度在脱硫塔底部较大随着塔高的增加缓慢降低,这样有助于气液两相均匀混合,并控制出口烟温,有利于提高脱硫效率。     

膜气体吸收技术分离VOCs/N2混合气性能的研究

以C6H6/N2混合气为代表,疏水性聚丙烯中空纤维膜为气液接触膜,n-甲酰吗啉(NFM,n-formyl morpholine)水溶液为吸收剂,研究了膜气体吸收法分离 VOCs/N2 混合气性能.考察了吸收剂流量、吸收剂体积分数、进口气流量、进口气浓度和膜组件结构等诸因素对分离性能的影响.结果表明,在吸收剂流量为 20～100 mL/min,进口气流量为 40～300 mL/min,进口气浓度为 10.2 ms/L的条件下,苯的去除率为 65.0%～99.6%,总体积传质系数为 0.0157～0.08412 s-1.实验证明,采用疏水性多孔膜气体吸收法,NFM 水溶液吸收分离 VOCs/N2 混合气具有较高的分离效率和较快的传质速率.     

新型湿法除尘除有害气体斜板塔的流场分析

研究对象为2种新型湿法除尘除有害气体的斜板塔:矩形斜板塔和伞罩形斜板塔.为了观察塔内流场分布规律,运用CFD(计算流体力学)软件,气相采用标准K-ε湍流模型描述,液相采用颗粒轨道模型描述,对2种新型塔内气液两相流动进行了数值模拟.预测了无喷淋和有喷淋两种情况下的气相湍流流场,不同空塔气速不同液气比的塔内压力损失.结果表明:采用中心出口的圆柱型塔可以有效地避免气体"死区"的产生;新型斜板塔能有效地增大气液接触面积,延长气体的塔内停留时间;加入喷淋液体以后,气相流场明显均匀化.该模拟也为塔体的进一步优化设计提供了依据.