自然水域曝气过程中气泡羽流形成特性开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)


1.1 选题的目的及意义

在当前环境下,由于全球资源紧缺、生态环境告急,人们已经开始越来越重视对环境的保护。

而曝气就是在这样的背景环境下产生的,曝气是指利用机械搅动或充气等方法将空气中的氧强制向液体中转移,促进液体与气体接触,进而提升氧气溶解效率或驱除水中溶解性气体和挥发性物质的过程1。曝气过程中产生的气泡羽流是一种气液二相流动,气液两相流作为两相流中的一种,广泛应用于能源、化工、冶金,核能、冶金等领域,而曝气在工程中得到了越来越广泛的应用,如,在河口用气泡幕防止盐水入侵;控制水库和湖泊中的分层结构以及改善水质;加速反应装置中的物质混合、热量交换、以及化学反应过程;在城市河流污染治理中,用纯氧曝气复氧来治理污染河流、消除黑臭,在船舶底部适度产生气泡减少阻力提高速度,减少能源消耗;利用气液两相流的流动特点控制海上油污扩散等。2

这些工程应用的效果如何,很大程度上取决于气泡羽流的形成特性。然而,在气泡羽流形成过程中,曝气速度、水深、水流速度及曝气孔孔径等因素对气泡羽流的形成有很大的影响【3】。因此对自然水域曝气过程中气泡羽流形成特性进行研究对工程应用具有非常重要的意义。

1.2 国内外的研究现状分析

1.2.1国外研究现状分析

为有效提高微孔曝气的充氧能力,学者们也进行了多年的探索。随着20世纪70年代能源危机之后,微孔曝气技术由于其通气量大、充氧能力强,节约能耗的特点,受到关注4。美国的Ridgewood污水处理厂将粗孔曝气器改装成微孔曝气器之后,氧利用率提高了50%,并降低了28%左右的能耗。与大中气泡的曝气系统相比,微孔曝气系统能节约50%左右的能耗。4

Amiri T Y 等5对一个射流混合器进行了实验研究,研究认为射流器孔径、速度、搅拌强度等对气液混合时间有较大的影响,该射流混合器内的气液混合流动与曝气池气液流动情况类似,对曝气孔孔径、布置位置以及速度的设定具有一定的参考价值.

Bao Y 等6采用群平衡模型(PBM)模拟用于研究由具有不同 D/T 的多叶轮构造中产生的气-液两相流的流场。并分析了叶轮尺寸对气-液流动的影响,分析叶轮直径的变化对气体分散的影响效果。功耗和 CFD 模拟预测天然气总滞留量都与实验数据相当吻合。

J Rensen 和 V Roig【7】通过光纤探头和摄像机,在气流率不同(与壁面相互作用的强弱不同)的条件下,测量局部空隙率和羽流前端的瞬时位置。他们发现,羽流的几何中心以连续波的形式在整体上呈现周期性运动。这种周期性运动即便在气流率较高的条件下,也能够占据主导地位。

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