CSTR搅拌桨设计与试验研究
发布时间：2022-11-12 08:42
目前大多数采用全混式连续搅拌厌氧发酵反应器（CSTR continous stirred tank reactor）的沼气工程由于混合效果不佳,导致运行效果较差,影响了沼气产业的进一步发展。影响发酵过程混合效果的因素主要有反应器结构、搅拌方式、原料特性、试验温度等。其中,反应器结构与搅拌方式在沼气工程建设完成时,就已经固定而难以调整,本文为获得较优搅拌结构进行研究,具体研究内容如下:（1）针对五个配比浓度条件下的混合原料在不同温度条件下进行粘度测定,确定假塑性流体关系,获得最优粘度值以供后期计算流体动力学（CFD）仿真参数选择。（2）利用现有的CFD软件对单层搅拌和双层搅拌的反应器内的三维单相湍流流场进行了仿真数值模拟,将反应器内液体模拟为单向流,观察单层搅拌与双层搅拌对混合原料的混合情况,并分析和讨论了不同参数（搅拌器转速、流场粘度）对反应器内流场特性（涡量、压力等）的影响。（3）对搅拌桨三维模型进行实物制作,并进行试验验证。经过试验论证,证明CFD模拟仿真效果的准确性,并且比较了单双层桨叶之间的混合效果、产气率等,论证单、双层搅拌结构的混合情况优劣。本文针对CSTR、搅拌器等的国内...
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 CSTR国内外研究现状
1.2.1 CSTR国外研究现状
1.2.2 CSTR国内研究现状
1.3 搅拌器国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 搅拌器结构优化方法研究现状
1.5 课题来源与主要研究内容
1.5.1 课题来源
1.5.2 研究内容
1.6 技术路线
2 混合原料表观粘度特性试验研究
2.1 材料与方法
2.1.1 物料与接种物
2.1.2 试验设计与装置
2.1.3 测定指标与方法
2.2 结果与分析
2.2.1 混合原料粘度特性预试验
2.2.2 混合原料流变特性曲线
2.2.3 流变指数
2.2.4 温度对流变特性影响
2.2.5 TS与转速对流变特性的影响
2.3 本章小结
3 搅拌桨结构的CFD数值模拟
3.1 搅拌桨的结构设计计算
3.1.1 搅拌轴直径的设计
3.1.2 搅拌桨叶设计
3.1.3 反应器建模
3.2 单层斜叶桨的流场数值模拟
3.2.1 workbench中建立模型并划分网格
3.2.2 FLUENT数值模拟
3.2.2.1 三大基本方程
3.2.2.2 Realizable k-ε模型
3.2.3 流体的运动趋势
3.2.4 搅拌桨压力云图
3.2.5 转速与湍流强度的影响
3.2.6 表观粘度的影响
3.3 双层斜叶桨的数值模拟
3.3.1 workbench中建立模型并划分网格
3.3.2 FLUENT数值模拟
3.3.3 流体的运动趋势
3.3.4 转速与湍流强度的影响
3.3.5 表观粘度的影响
3.4 本章小结
4 搅拌桨结构设计的验证试验
4.1 材料与方法
4.1.1 物料及接种物
4.1.2 试验装置
4.1.3 试验方法及工作过程
4.1.4 测定指标
4.2 结果与分析
4.2.1 容积产气率
4.2.2 产甲烷质量分数
4.2.3 pH值
4.2.4 氧化还原电位（ORP 值）
4.2.5 化学需氧量(COD)与有机酸(VFA)含量
4.3 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于沼液余热回收的沼气工程系统净产能特性[J]. 王淑霞,阮应君,周伟国,吴家正. 农业工程学报. 2018(10)
[2]鸡粪与玉米秸秆的干式厌氧发酵实验研究[J]. 江皓,沈怡,聂红,丁江涛,周红军. 可再生能源. 2018(05)
[3]横推流式连续干法厌氧发酵设备设计与试验[J]. 冯晶,胡鑫,赵立欣,郭占斌,姚宗路,罗娟. 农业机械学报. 2018(07)
[4]规模化大型沼气工程用地性质探讨[J]. 龚朝霞,刘建. 农业开发与装备. 2018(03)
[5]大型畜禽粪污厌氧发酵+沼气发电工艺设计[J]. 张哲,张丽,周益辉,李洗明,高博. 中国环保产业. 2018(03)
[6]偏心搅拌的流动、悬浮和混合特性[J]. 毕华飞,周坤,黄雄斌. 过程工程学报. 2017(01)
[7]大型沼气厌氧池侧进式搅拌流场的数值模拟分析[J]. 梁敬福,黄振峰,李欣欣. 化学反应工程与工艺. 2017(01)
[8]厌氧干发酵反应器中物料流动的数值模拟[J]. 张新强,寇巍,闫昌国,张大雷,张宝心,刘昊喆. 中国沼气. 2017(01)
[9]多级气液联合搅拌新型CSTR反应器的研制及其效益分析[J]. 刘健峰,张无敌,尹芳,王昌梅,赵兴玲,柳静,杨红,刘士清. 湖北农业科学. 2017(01)
[10]沼液回流比与有机负荷对秸秆厌氧发酵特性的影响[J]. 邓玉营,黄振兴,阮文权,缪恒峰,赵明星,任红艳. 农业机械学报. 2016(11)
博士论文
[1]CSTR-EGSB-SBR与电化学氧化联合处理纤维素乙醇废水的效能与机制[D]. 单莉莉.哈尔滨工业大学 2017
[2]纤维质农业废弃物微好氧酸化机理及高含固率两相厌氧发酵工艺研究[D]. 于佳动.中国农业大学 2017
[3]低压涡轮叶栅非定常流场演化特性的大涡模拟研究[D]. 王云飞.哈尔滨工业大学 2016
[4]餐厨垃圾厌氧消化过程中氨氮耐受响应机制研究[D]. 高树梅.江南大学 2015
[5]我国农业废弃物新型能源化开发利用研究[D]. 左旭.中国农业科学院 2015
[6]纤维质高效水解关键技术及其在木薯燃料乙醇产业中的应用[D]. 张庆华.江南大学 2012
[7]玉米深加工过程废水处理及回用模式研究[D]. 高磊.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]基于图像处理测定气液两相流搅拌混匀时间的方法[D]. 武凯.昆明理工大学 2017
[2]基于CFD的多段内循环厌氧反应器气液流场研究及结构设计[D]. 周振.湖南大学 2016
[3]基于示踪法再生混合料中新旧沥青微观混合状态的研究[D]. 赵占立.华南理工大学 2016
[4]多相搅拌反应器内桨型对传质的影响[D]. 蔡雅婷.北京化工大学 2016
[5]机械搅拌厌氧消化池流态研究[D]. 芦汉超.清华大学 2015
[6]铬黄搅拌反应釜的计算流体力学模拟研究[D]. 刘凯特.华东理工大学 2015
[7]米黑霉脂肪酶在毕赤酵母中的表达及分子改造[D]. 刘悦.浙江大学 2014
[8]螺旋挡板激流式生物反应器的流场仿真分析[D]. 黑爱卿.哈尔滨工业大学 2013
[9]Rushton搅拌釜内气—液两相流分散状态γ-CT测量及CFD模拟[D]. 孔丽娜.湘潭大学 2012
[10]好氧颗粒反应器内泥—水—气三相流的CFD研究[D]. 程力维.长安大学 2012
本文编号：3706055
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 CSTR国内外研究现状
1.2.1 CSTR国外研究现状
1.2.2 CSTR国内研究现状
1.3 搅拌器国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 搅拌器结构优化方法研究现状
1.5 课题来源与主要研究内容
1.5.1 课题来源
1.5.2 研究内容
1.6 技术路线
2 混合原料表观粘度特性试验研究
2.1 材料与方法
2.1.1 物料与接种物
2.1.2 试验设计与装置
2.1.3 测定指标与方法
2.2 结果与分析
2.2.1 混合原料粘度特性预试验
2.2.2 混合原料流变特性曲线
2.2.3 流变指数
2.2.4 温度对流变特性影响
2.2.5 TS与转速对流变特性的影响
2.3 本章小结
3 搅拌桨结构的CFD数值模拟
3.1 搅拌桨的结构设计计算
3.1.1 搅拌轴直径的设计
3.1.2 搅拌桨叶设计
3.1.3 反应器建模
3.2 单层斜叶桨的流场数值模拟
3.2.1 workbench中建立模型并划分网格
3.2.2 FLUENT数值模拟
3.2.2.1 三大基本方程
3.2.2.2 Realizable k-ε模型
3.2.3 流体的运动趋势
3.2.4 搅拌桨压力云图
3.2.5 转速与湍流强度的影响
3.2.6 表观粘度的影响
3.3 双层斜叶桨的数值模拟
3.3.1 workbench中建立模型并划分网格
3.3.2 FLUENT数值模拟
3.3.3 流体的运动趋势
3.3.4 转速与湍流强度的影响
3.3.5 表观粘度的影响
3.4 本章小结
4 搅拌桨结构设计的验证试验
4.1 材料与方法
4.1.1 物料及接种物
4.1.2 试验装置
4.1.3 试验方法及工作过程
4.1.4 测定指标
4.2 结果与分析
4.2.1 容积产气率
4.2.2 产甲烷质量分数
4.2.3 pH值
4.2.4 氧化还原电位（ORP 值）
4.2.5 化学需氧量(COD)与有机酸(VFA)含量
4.3 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于沼液余热回收的沼气工程系统净产能特性[J]. 王淑霞,阮应君,周伟国,吴家正. 农业工程学报. 2018(10)
[2]鸡粪与玉米秸秆的干式厌氧发酵实验研究[J]. 江皓,沈怡,聂红,丁江涛,周红军. 可再生能源. 2018(05)
[3]横推流式连续干法厌氧发酵设备设计与试验[J]. 冯晶,胡鑫,赵立欣,郭占斌,姚宗路,罗娟. 农业机械学报. 2018(07)
[4]规模化大型沼气工程用地性质探讨[J]. 龚朝霞,刘建. 农业开发与装备. 2018(03)
[5]大型畜禽粪污厌氧发酵+沼气发电工艺设计[J]. 张哲,张丽,周益辉,李洗明,高博. 中国环保产业. 2018(03)
[6]偏心搅拌的流动、悬浮和混合特性[J]. 毕华飞,周坤,黄雄斌. 过程工程学报. 2017(01)
[7]大型沼气厌氧池侧进式搅拌流场的数值模拟分析[J]. 梁敬福,黄振峰,李欣欣. 化学反应工程与工艺. 2017(01)
[8]厌氧干发酵反应器中物料流动的数值模拟[J]. 张新强,寇巍,闫昌国,张大雷,张宝心,刘昊喆. 中国沼气. 2017(01)
[9]多级气液联合搅拌新型CSTR反应器的研制及其效益分析[J]. 刘健峰,张无敌,尹芳,王昌梅,赵兴玲,柳静,杨红,刘士清. 湖北农业科学. 2017(01)
[10]沼液回流比与有机负荷对秸秆厌氧发酵特性的影响[J]. 邓玉营,黄振兴,阮文权,缪恒峰,赵明星,任红艳. 农业机械学报. 2016(11)
博士论文
[1]CSTR-EGSB-SBR与电化学氧化联合处理纤维素乙醇废水的效能与机制[D]. 单莉莉.哈尔滨工业大学 2017
[2]纤维质农业废弃物微好氧酸化机理及高含固率两相厌氧发酵工艺研究[D]. 于佳动.中国农业大学 2017
[3]低压涡轮叶栅非定常流场演化特性的大涡模拟研究[D]. 王云飞.哈尔滨工业大学 2016
[4]餐厨垃圾厌氧消化过程中氨氮耐受响应机制研究[D]. 高树梅.江南大学 2015
[5]我国农业废弃物新型能源化开发利用研究[D]. 左旭.中国农业科学院 2015
[6]纤维质高效水解关键技术及其在木薯燃料乙醇产业中的应用[D]. 张庆华.江南大学 2012
[7]玉米深加工过程废水处理及回用模式研究[D]. 高磊.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]基于图像处理测定气液两相流搅拌混匀时间的方法[D]. 武凯.昆明理工大学 2017
[2]基于CFD的多段内循环厌氧反应器气液流场研究及结构设计[D]. 周振.湖南大学 2016
[3]基于示踪法再生混合料中新旧沥青微观混合状态的研究[D]. 赵占立.华南理工大学 2016
[4]多相搅拌反应器内桨型对传质的影响[D]. 蔡雅婷.北京化工大学 2016
[5]机械搅拌厌氧消化池流态研究[D]. 芦汉超.清华大学 2015
[6]铬黄搅拌反应釜的计算流体力学模拟研究[D]. 刘凯特.华东理工大学 2015
[7]米黑霉脂肪酶在毕赤酵母中的表达及分子改造[D]. 刘悦.浙江大学 2014
[8]螺旋挡板激流式生物反应器的流场仿真分析[D]. 黑爱卿.哈尔滨工业大学 2013
[9]Rushton搅拌釜内气—液两相流分散状态γ-CT测量及CFD模拟[D]. 孔丽娜.湘潭大学 2012
[10]好氧颗粒反应器内泥—水—气三相流的CFD研究[D]. 程力维.长安大学 2012
本文编号：3706055
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