基于CFD的厌氧发酵搅拌技术研究
发布时间：2021-10-24 19:08
利用厌氧发酵技术处理有机废弃物生产沼气是集环境污染治理、减少碳排放和提供可再生能源于一体的生物质能源产业,在厌氧发酵过程中,加速微生物反应进程成为当前的研究主题,促进液相与微生物之间的底物传递速度会加快反应效率,实现这一目的的重要手段就是搅拌。通常情况下,由于厌氧发酵原料不透明,无法获取实际的流场分布,因此本文对模拟厌氧发酵搅拌流场,分别利用可视化的PIV测量技术以及数值模拟对厌氧发酵拌装置进行研究。文中所采用的搅拌桨叶为二叶折叶桨,试验部分应用PIV测量技术通过对9种工况下的搅拌流场研究,测定各工况下的搅拌轴功率及混合时间,将三种影响因素:搅拌轴转速、桨叶直径、桨叶安装角度结果进行正交试验与极差分析,优化出较优水平组合,为厌氧发酵搅拌桨的设计提供思路,具有一定的应用价值。并应用CFD数值模拟技术将试验优化的发酵罐内流场进行数值模拟,得出流场的速度矢量与涡量分布情况,应用Fluent软件以及标准k-ε模型对体系湍流特性进行描述,通过CFD数值模拟结果与PIV试验测量结果对比分析,得出CFD技术在厌氧发酵中对发酵罐内的流场研究具有高度的可行性,但不排除局部有些地方存在差异的现象。本文的主...
【文章来源】：东北农业大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 前言
1.1 课题背景
1.2 国内外的研究现状
1.2.1 厌氧发酵搅拌技术研究现状
1.2.2 流场测速技术简介
1.2.3 粒子图像测速仪的应用现状
1.2.4 计算流体力学（CFD）的研究现状
1.3 研究的目的和意义
1.4 课题来源、研究内容及技术路线
1.4.1 课题来源
1.4.2 研究内容与技术路线
2 试验装置与方法
2.1 试验装置
2.2 PIV测量装置
2.2.1 PIV系统组成
2.2.2 PIV测速原理
2.2.3 脉冲时间间隔确定
2.3 物料模拟
2.3.1 黏度测定
2.3.2 物料选取
2.4 试验台的建立
2.5 PIV测量方法
2.6 PIV测量注意事项
3 PIV测量结果分析
3.1 三种工艺参数对搅拌流场影响研究
3.1.1 速度矢量分布
3.1.2 涡量分布
3.2 净功率和混合时间测定
3.3 正交试验
4 数值模拟及结果分析
4.1 模型建立及网格划分
4.1.1 模拟反应器的建模
4.1.2 网格的划分
4.2 湍流模型及控制方程建立
4.3 边界条件设定
4.4 数值模拟结果与PIV优化结果对比分析
4.4.1 数值模拟及结果分析
4.4.2 对比分析
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]德国厌氧沼气工程技术在我国餐厨垃圾处理中的应用[J]. 尤宇嘉,杨军华. 环境卫生工程. 2011(06)
[2]全混式厌氧反应器搅拌方式分析与优化[J]. 朱洪光,毕峻玮,石惠娴. 农业机械学报. 2011(06)
[3]非牛顿流体粘度测定方法研究进展[J]. 施庆珊,王计伟,欧阳友生,陈仪本. 发酵科技通讯. 2011(02)
[4]沼气池搅拌的CFD模拟及温度场验证[J]. 毕峻玮,朱洪光,石惠娴,李永明,荣凌,王韬. 农业工程学报. 2010(10)
[5]新能源与减碳[J]. 马怀新. 四川水力发电. 2010(S2)
[6]L-赖氨酸发酵罐搅拌器的改造[J]. 洪厚胜,骆巍,郭翠,李冬冬,张庆文. 现代化工. 2010(09)
[7]德国沼气工程现状分析[J]. 李子富,余敏娜,范晓琳. 可再生能源. 2010(04)
[8]温度及总固体浓度对粪秆混合发酵产气特性的影响[J]. 宋籽霖,李轶冰,杨改河,秦佳佳,任广鑫,冯永忠. 农业工程学报. 2010(07)
[9]桨叶式搅拌槽内部流场数值模拟及PIV试验[J]. 王春林,吕亚云,史亚婷,丁剑,李长军. 排灌机械工程学报. 2010(04)
[10]浆液池搅拌器固液两相三维数值模拟[J]. 马庆勇. 湖南农机. 2010(07)
博士论文
[1]搅拌槽内湍流特性的实验研究[D]. 刘心洪.北京化工大学 2010
硕士论文
[1]高浓度物料沼气发酵过程传质特性研究及搅拌形式优化[D]. 杨浩.中国农业科学院 2011
[2]小麦秸秆高效厌氧发酵特性研究[D]. 张彤.西北农林科技大学 2011
[3]高浓度物料沼气发酵过程混合搅拌及其影响因素的研究[D]. 刘刈.中国农业科学院 2009
[4]搅拌槽内流动结构的PIV研究[D]. 吴莹.北京化工大学 2007
本文编号：3455820
【文章来源】：东北农业大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 前言
1.1 课题背景
1.2 国内外的研究现状
1.2.1 厌氧发酵搅拌技术研究现状
1.2.2 流场测速技术简介
1.2.3 粒子图像测速仪的应用现状
1.2.4 计算流体力学（CFD）的研究现状
1.3 研究的目的和意义
1.4 课题来源、研究内容及技术路线
1.4.1 课题来源
1.4.2 研究内容与技术路线
2 试验装置与方法
2.1 试验装置
2.2 PIV测量装置
2.2.1 PIV系统组成
2.2.2 PIV测速原理
2.2.3 脉冲时间间隔确定
2.3 物料模拟
2.3.1 黏度测定
2.3.2 物料选取
2.4 试验台的建立
2.5 PIV测量方法
2.6 PIV测量注意事项
3 PIV测量结果分析
3.1 三种工艺参数对搅拌流场影响研究
3.1.1 速度矢量分布
3.1.2 涡量分布
3.2 净功率和混合时间测定
3.3 正交试验
4 数值模拟及结果分析
4.1 模型建立及网格划分
4.1.1 模拟反应器的建模
4.1.2 网格的划分
4.2 湍流模型及控制方程建立
4.3 边界条件设定
4.4 数值模拟结果与PIV优化结果对比分析
4.4.1 数值模拟及结果分析
4.4.2 对比分析
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]德国厌氧沼气工程技术在我国餐厨垃圾处理中的应用[J]. 尤宇嘉,杨军华. 环境卫生工程. 2011(06)
[2]全混式厌氧反应器搅拌方式分析与优化[J]. 朱洪光,毕峻玮,石惠娴. 农业机械学报. 2011(06)
[3]非牛顿流体粘度测定方法研究进展[J]. 施庆珊,王计伟,欧阳友生,陈仪本. 发酵科技通讯. 2011(02)
[4]沼气池搅拌的CFD模拟及温度场验证[J]. 毕峻玮,朱洪光,石惠娴,李永明,荣凌,王韬. 农业工程学报. 2010(10)
[5]新能源与减碳[J]. 马怀新. 四川水力发电. 2010(S2)
[6]L-赖氨酸发酵罐搅拌器的改造[J]. 洪厚胜,骆巍,郭翠,李冬冬,张庆文. 现代化工. 2010(09)
[7]德国沼气工程现状分析[J]. 李子富,余敏娜,范晓琳. 可再生能源. 2010(04)
[8]温度及总固体浓度对粪秆混合发酵产气特性的影响[J]. 宋籽霖,李轶冰,杨改河,秦佳佳,任广鑫,冯永忠. 农业工程学报. 2010(07)
[9]桨叶式搅拌槽内部流场数值模拟及PIV试验[J]. 王春林,吕亚云,史亚婷,丁剑,李长军. 排灌机械工程学报. 2010(04)
[10]浆液池搅拌器固液两相三维数值模拟[J]. 马庆勇. 湖南农机. 2010(07)
博士论文
[1]搅拌槽内湍流特性的实验研究[D]. 刘心洪.北京化工大学 2010
硕士论文
[1]高浓度物料沼气发酵过程传质特性研究及搅拌形式优化[D]. 杨浩.中国农业科学院 2011
[2]小麦秸秆高效厌氧发酵特性研究[D]. 张彤.西北农林科技大学 2011
[3]高浓度物料沼气发酵过程混合搅拌及其影响因素的研究[D]. 刘刈.中国农业科学院 2009
[4]搅拌槽内流动结构的PIV研究[D]. 吴莹.北京化工大学 2007
本文编号：3455820
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