基于ANSYS的污泥中细菌细胞力学特性研究

发布时间：2024-02-22 18:18

　　使用微生物方法处理污水会产生大量的污泥,大量的污泥占用大量的空间,其脱水,运输都不方便。剩余污泥破解是处理剩余污泥的重要手段之一,而物理破解是主要方法之一。目前常用的方法主要有超声波、喷射、机械匀浆等技术。目前的研究主要集中在超声频率、超声时间、喷射压强等物理参数及其优化与破解效果的关系。这些研究对仅仅对破解进行了表象的观测,而没有解释其本质。破解剩余污泥的关键是破坏剩余污泥中的微生物,即破坏细菌的结构,其主要是破坏细菌细胞壁。理解和掌握细菌细胞壁在机械力的作用下被破坏的力学机制,是物理方法破解剩余污泥研究中最基础、最关键的问题。本文使用ANSYS建立了一个较为简单的细菌单细胞有限元力学模型：形状为球状,细胞壁紧密的包裹在细胞质周围,受力通过刚性平板传递。使用数值模拟,讨论了细胞壁和细胞质物理性质和几何尺寸的变化对细胞变形、应力的影响。发现对细胞的刚度影响最大的主要的参数有3个：细胞的直径、细胞壁的厚度和细胞壁的弹性模量。其中,细胞尺寸越小,细胞壁越厚,细胞壁弹性模量越大,越能够产生较大的整体刚度。其他的参数对模型整体刚度的影响很小,其中泊松比的影响完全可以忽略不计,细胞质弹性模量的影...

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1. 污泥的产生
        1.1.1. 水资源
        1.1.2. 活性污泥法
    1.2. 污泥的破解
        1.2.1. 污泥破解的意义
        1.2.2. 污泥破解的方法
    1.3. 细胞力学的研究现状
        1.3.1. 细胞力学理论
        1.3.2. 连续介质模型
        1.3.3. 其他力学模型
        1.3.4. 细胞力学实验方法
    1.4. 本课题研究的目的、意义与方法
        1.4.1. 研究的目的与意义
        1.4.2. 研究方法
第2章 细菌细胞模型的建立
    2.1. 细菌细胞模型的简化和建立
        2.1.1. 细菌的形状
        2.1.2. 细菌的结构
        2.1.3. 细胞模型的几何属性
        2.1.4. 细胞模型的材料属性
    2.2. 细菌细胞的受力
        2.2.1. 一般环境中的受力
        2.2.2. 污泥破解
        2.2.3. 模型中细菌细胞的受力
    2.3. 有限元模型基本信息
        2.3.1. 几何模型的建立
        2.3.2. 结构单元与材料属性
        2.3.3. 约束及载荷
        2.3.4. 网格的划分
    2.4. 接触分析
        2.4.1. 主要设置
        2.4.2. 接触选项
        2.4.3. 接触参数
    2.5. 小结
第3章 单个细胞模拟结果分析
    3.1. 不同压力的细菌细胞的位移分布
        3.1.1. 总位移
        3.1.2. X方向位移
        3.1.3. Z方向位移
    3.2. 细菌细胞的位移分析
        3.2.1. 细胞质位移
        3.2.2. 细胞壁位移
    3.3. 不同压力的细菌细胞的应力分布
        3.3.1. 等效应力
        3.3.2. X方向应力分布
        3.3.3. Y方向应力分布
        3.3.4. Z方向应力分布
    3.4. 细菌细胞的应力分析
        3.4.1. 细胞质的应力
        3.4.2. 细胞壁顶端的应力
        3.4.3. 细胞壁腹部的应力
        3.4.4. 细胞壁周向内外侧的应力分布
    3.5. 细胞的整体刚度
    3.6. 总体分析
        3.6.1. 对载荷压力的承载
        3.6.2. 细胞的受拉与细菌的破坏
        3.6.3. 刚性平板摩擦的影响
    3.7. 小结
第4章 细菌细胞模型的多参数分析
    4.1. 多参数分析的说明
    4.2. 细胞直径对细胞受力的影响
    4.3. 细胞壁厚度对细胞受力的影响
    4.4. 细胞壁物性参数对细胞受力的影响
    4.5. 细胞质物性参数对细胞受力的影响
    4.6. 小结
第5章 结论与讨论
    5.1. 结论
    5.2. 讨论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号：3907066