竖向进水管布置对ABR液相流态影响的PIV试验研究

在折流式厌氧反应器(Anaerobic Baffled Reactor,ABR)不同进水管悬空高度和不同进水流量组合的工况下,利用激光粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)对ABR的第一格室液相流态进行了研究,测得反应器内降流区和升流区关键截面的流场数据,获得了液相速度和涡量强度与悬空高度的关系曲线;同时研究了相关流场特征,包括流线图谱和涡量场。结果表明:对于ABR的第一格室,合理的进水管悬空高度可以保证良好的进水流态,促使ABR涡量面积分布均匀,有效防止局部沟流和液相死区,确保ABR高效稳定运行。根据试验分析结果,提出了设计时可供参考的进水管悬空高度的取值范围:流量在0.018～0.270 m³/h时,悬空高度的取值范围为230～530 mm;流量在0.558～0.846 m³/h时,悬空高度的取值为530 mm。     

水力旋流器固液分离特性的数值模拟与优化

采用计算流体力学(CFD)软件对水力旋流器内玉米淀粉颗粒的分离效能和分离过程进行数值模拟,对比分析进口流速、分流比和进料浓度变化对旋流器分离效率的影响及其变化规律,考察不同粒径淀粉颗粒在旋流器内的体积分数分布。运用响应面法(RSM)中Box-Behnken试验设计对水力旋流器进行参数优化,分析进口流速、分流比和进料浓度对玉米淀粉分离效率的影响规律,并建立二次多项回归模型。结果表明:进口流速、分流比、进料浓度对玉米淀粉分离效率均有影响,且影响分离效率的大小顺序为:分流比进料浓度进口流速;适当调整进口流速、分流比和进料浓度有利于提高旋流器的分离效率;通过响应面法优化得到的最佳参数条件为:进口流速8m/s、分流比5%、进料浓度12%,该条件下水力旋流器分离效率为98.84%。     

生物倍增反应器气泡流态特性分析

利用激光粒子图像测速技术(PIV)对生物倍增反应器在7种不同进水流量下的气泡流态特性进行了测量和分析,利用特征正交分解方法对所测2个截面的气泡流场进行分解,提取流场中含能大尺度结构。结果表明, 进水流量的增加导致了气泡轴向速度减小,径向速度增大,气泡附壁效应增强;不同进水流量对气泡的扰流影响程度不同,气泡流态的速度场和涡量面积分布存在差异,在特定工况下气泡流场产生了涡旋。上部区域进水流量为0时,1阶模态占能比例最高,约为7.2%;下部区域进水流量为0.18 m3/h时,1阶模态占能比例最高,约为4.5%。低阶特征模态中存在明显的大尺度结构,且大尺度的流动结构与液相混合行为间接相关。当进水流量为0.90 m3/h时,2个截面的涡量面积分布最均匀,气泡死区最少,此时气泡流态最佳。在本试验条件下,进水流量为0.90 m3/h时,反应器整体气泡流态最佳。     

四边形外循环膜生物流化床内液相涡结构特性

针对研究开发的四边形外循环膜生物流化床,构建了气固液三相流可视化平台,应用激光粒子图像测速（PIV）技术分析了曝气强度对流化床液相流场特性的影响,结合涡量法和旋涡强度法分析了旋涡结构特性,初步剖析了流化床多相流运动形成的机理。结果表明,流化床液相速度随曝气强度的增加而增加,流化床形成的环流有助于控制和降低气泡的附壁效应,曝气量分布和气液掺混效果更好,提高了气含率并降低了能耗,最终提高了污水处理效果。由于流化床降流区和升流区的冲击,使整个流化床形成了大量的小尺度涡;填料在整个床体中长期和稳定的流化机理为大量的小尺度涡把受作用下沉的颗粒托浮起来;冲击使得气泡与气泡的碰撞、破碎及合并概率增大,进而增加气液传质效率;固液接触面摩擦增强,进而造成载体生物膜细胞传质浓度边界层趋向不稳定,进而增加了固液的传质效率;气固液三相冲刷膜组件有助于抑制膜污染。四边形外循环膜生物流化床在传质、流化和抑制膜污染上具有独特的优势,是高负荷有机废水好氧生物处理的开发方向。     

HABR架设不同填料对液相流态影响的PIV实验研究

在复合式厌氧折流板反应器(HABR)架设不同填料和不同进水流量组合的工况下,利用激光粒子图像测速技术(PIV)对HABR的第一格室液相流态进行了研究,测得反应器内升流区关键截面的流场数据,获得了架设不同填料的液相速度、涡量强度与流量的关系曲线;同时研究了相关流场特征,包括速度矢量图、流线图谱和涡量场。结果表明:对于HABR,合理的选择填料类型可以保证良好的进水流态,有效地防止局部沟流和污泥流失,确保HABR高效稳定运行。在本实验条件下,得出在反应器填充悬浮球填料时,反应器整体流态最佳。