活性氧气液射流传质特性的研究

发布时间：2017-10-05 20:07

  本文关键词：活性氧气液射流传质特性的研究

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【摘要】：近年来,经济的快速发展使人民生活水平不断提高,对生活质量的要求也越来越高。活性氧灭菌技术具有处理效率高、速度快、操作简便、无二次污染、无选择性等显著优势,因而显现出了巨大的潜力。其中,活性氧的气液传质部分是整体设备得以运行的关键。文丘里射流传质器作为一种可以输送质量、传递能量的机械元件,能够作为气液混合和传质设备,具有结构简单,便于安装和维护,安全可靠并且运行费用低廉的优点。此外,由于文丘里传质器可以直接利用液体喷出产生的压力势作为其运行的动力,运行能耗低。但是,文丘里射流传质器在气液两相混合的过程中也表现出能量利用率低,能量损失严重的缺点,因而造成混合效率低下,制约文丘里射流器的进一步应用。本文以气相活性氧与水的传质理论为依据,研究活性氧气液传质的特性、传质过程的影响因素,并对传质设备做出优化,确定出水活性氧的杀菌效果,得出结论如下:(1)应用文丘里射流传质器进行活性氧的传质特性实验,活性氧的有效溶解效率达到71.3%,产生的活性氧水浓度最高可达2.12mg/L。(2)利用CFD软件对射流器中活性氧传质器进行建模优化,得到射流器面积比、喉嘴距以及长径比优化后的尺寸范围。其中,最佳喉嘴距取值范围1.5d,最佳长径比取值范围为7.6～8.4,最佳面积比选取范围3.8～4.2,此时的活性氧有效溶解效率高达96%。(3)将所得的活性氧水处理高浓度含大肠杆菌的废水,在活性氧浓度达到1.68mg/L,处理5分钟后,对大肠杆菌的杀灭效率为100%,具有较高应用价值。
【关键词】：活性氧 气液传质 文丘里射流器 CFD数值模拟 杀菌率
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 活性氧气液射流器的研究背景11-12
• 1.2 活性氧等离子体消毒灭菌技术12-15
• 1.2.1 活性氧等离子体12-13
• 1.2.2 活性氧等离子体消毒灭菌技术13
• 1.2.3 活性氧等离子体的制备及应用现状13-15
• 1.3 活性氧等离子体传质技术15-19
• 1.3.1 传质基础理论15-17
• 1.3.2 传质设备17-18
• 1.3.3 活性氧射流传质技术的研究发展18-19
• 1.4 本课题的选题及主要研究内容19-21
• 1.4.1 本课题的选题依据19
• 1.4.2 本课题的主要研究内容19-21
• 第2章 文丘里气液传质射流器传质理论研究21-29
• 2.1 文丘里射流器概述21-24
• 2.1.1 文丘里效应21
• 2.1.2 射流器的分类21-22
• 2.1.3 射流器内流体的流动特点22-24
• 2.1.4 射流器理论基础24
• 2.2 文丘里射流器结构设计24-27
• 2.2.1 计算方法24-25
• 2.2.2 设计过程25-27
• 2.3 文丘里射流器参数设定与结果27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 活性氧等离子体传质动力学特性研究29-42
• 3.1 活性氧反应动力学29-30
• 3.1.1 传质动力学基础29
• 3.1.2 双膜传质理论29-30
• 3.2 实验仪器和方法30-34
• 3.2.1 实验流程图30-31
• 3.2.2 实验仪器31-32
• 3.2.3 液相活性氧水浓度的检测方法32-33
• 3.2.4 活性氧发生器的电极结构33
• 3.2.5 射流传质器的结构介绍33-34
• 3.3 活性氧传质动力学特性研究34-41
• 3.3.1 实验步骤34-35
• 3.3.2 实验评价参数35
• 3.3.3 介质阻挡放电性能的研究35-38
• 3.3.3.1 放电条件对气相活性氧浓度变化的影响36-37
• 3.3.3.2 进气流量对气相活性氧浓度的影响37
• 3.3.3.3 小结37-38
• 3.3.4 射流器传质性能的研究38-41
• 3.3.4.1 进水流量对活性氧水浓度的影响38-39
• 3.3.4.2 进水量对活性氧有效溶解率的影响39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 文丘里射流传质器的CFD建模优化42-57
• 4.1 CFD技术沿革42
• 4.2 物理模型建模的及求解设置42-47
• 4.2.1 CFD建模的步骤42-43
• 4.2.2 数学模型的选择43-44
• 4.2.3 网格的划分44-46
• 4.2.4 边界条件46
• 4.2.5 求解器设置46
• 4.2.6 求解计算46-47
• 4.3 数值模拟分析的准确性验证47-48
• 4.3.1 残差曲线47
• 4.3.2 轴线上的压力分布47-48
• 4.4 射流器结构参数的数值模拟优化及分析48-56
• 4.4.1 喉嘴距对射流器性能的影响48-51
• 4.4.2 面积比对射流器性能的影响51-53
• 4.4.3 长径比对射流器性能的影响53-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 活性氧杀菌剂对大肠杆菌的初步灭活研究57-62
• 5.1 实验材料与方法57-58
• 5.1.1 实验菌种57
• 5.1.2 实验试剂57
• 5.1.3 培养基制备57-58
• 5.1.4 大肠杆菌的培养58
• 5.1.5 大肠杆菌的检测58
• 5.1.6 实验仪器58
• 5.2 放电参数对大肠杆菌杀灭效果的试验58-61
• 5.2.1 处理时间对大肠杆菌杀灭效果的影响59-60
• 5.2.2 放电参数对大肠杆菌杀灭效果的影响60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 作者简介68

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