SFMBR配置微通道湍流促进器流体动力学的CFD模拟和PIV测定

发布时间：2024-05-27 02:50

　　我国水资源短缺，加之人们对水资源的保护不够，水资源的浪费和污染现象十分严重，进行污水处理和回用已迫在眉睫。膜生物反应器作为一种新型的高效水处理技术，具有出水水质优良、有机物去除率高、污泥产率低、占地面积小等优点，日益受到国内外研究者的关注，然而膜污染是制约膜生物反应器技术推广与发展的技术难题。通过改善膜表面流体的流动状态是控制膜污染和浓差极化的重要手段之一，湍流促进器在强化流体湍流程度，改善流体流动状态方面效果明显，目前国内外的研究主要是将湍流促进器直接配置在管式膜生物中，减小了有效膜面积，同时增大了膜生物反应器的占地面积，本文为了克服以上缺点，将微通道湍流促进器配置在平板膜表面上，同时在刺与刺之间加入微孔，增大膜的有效过滤面积。 通过CFD数值模拟微通道湍流促进器的不同放置方式、微通道湍流促进器上刺的形状和角度、刺与刺之间微孔的孔径以及膜间距对平板膜生物反应器中流体动力学参数的影响。模拟结果表明，加入微通道湍流促进器后，膜通道中流体的速度、湍流强度、湍流动能、壁面剪切力、湍流耗散率和压降都有所增大，即微通道湍流促进器对强化流体流动有很大作用，且沿膜面呈周期性变化，最大值出现在微通道湍...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
第一章 文献综述
    1.1 膜生物反应器的分类
    1.2 膜生物反应器的优点及不足之处
    1.3 膜污染及其影响因素
    1.4 湍流促进器在膜生物反应器中的应用研究
        1.4.1 湍流促进器强化传质的研究
        1.4.2 CFD 模拟湍流促进器的研究
    1.5 PIV 技术简介
    1.6 研究目的及意义
    1.7 主要研究内容
第二章 膜生物反应器计算模型的确立
    2.1 计算流体力学概述
        2.1.1 计算流体力学简介
        2.1.2 计算流体力学的特点
        2.1.3 CFD 的应用领域
    2.2 CFD 的求解过程
        2.2.1 建立控制方程
        2.2.2 确立初始条件和边界条件
        2.2.3 划分计算网格
        2.2.4 建立离散方程
        2.2.5 离散初始条件和边界条件
        2.2.6 给定求解控制参数
        2.2.7 求解离散方程
        2.2.8 判断解的收敛性
        2.2.9 显示和输出计算结果
    2.3 MBR 模拟步骤
        2.3.1 模型的建立
        2.3.2 定义边界条件
        2.3.3 计算过程
        2.3.4 模拟结果与分析
第三章 微通道湍流促进器 CFD 数值模拟
    3.1 微通道湍流促进器在 MBR 中不同位置的 CFD 模拟
        3.1.1 速度分布分析
        3.1.2 静压分布分析
        3.1.3 湍流动能分布分析
        3.1.4 湍流耗散率分布分析
        3.1.5 湍流强度分布分析
        3.1.6 壁面剪切力分布分析
        3.1.7 小结
    3.2 微通道湍流促进器形状的 CFD 模拟
        3.2.1 速度分布分析
        3.2.2 静压分布分析
        3.2.3 湍流动能分布分析
        3.2.4 湍流耗散率分布分析
        3.2.5 湍流强度分布分析
        3.2.6 壁面剪切力分布分析
        3.2.7 小结
    3.3 微通道湍流促进器刺角度的 CFD 模拟
        3.3.1 速度分布分析
        3.3.2 静压分布分析
        3.3.3 湍流动能分布分析
        3.3.4 湍流耗散率分布分析
        3.3.5 湍流强度分布分析
        3.3.6 壁面剪切力分布分析
        3.3.7 小结
    3.4 加孔微通道湍流促进器与不加孔湍流促进器性能的比较
        3.4.1 速度分布分析
        3.4.2 静压分布分析
        3.4.3 湍流动能分布分析
        3.4.4 湍流耗散率分布分析
        3.4.5 湍流强度分布分析
        3.4.6 壁面剪切力分布分析
        3.4.7 小结
    3.5 微通道湍流促进器微孔孔径的 CFD 模拟
        3.5.1 速度分布分析
        3.5.2 静压分布分析
        3.5.3 湍流动能分布分析
        3.5.4 湍流耗散率分布分析
        3.5.5 湍流强度分布分析
        3.5.6 壁面剪切力分布分析
        3.5.7 小结
    3.6 膜间距的 CFD 模拟
        3.6.1 速度分布分析
        3.6.2 静压分布分析
        3.6.3 湍流动能分布分析
        3.6.4 湍流耗散率分布分析
        3.6.5 湍流强度分布分析
        3.6.6 壁面剪切力分布分析
        3.6.7 小结
    3.7 最佳微通道湍流促进器动力学及机理分析
第四章 PIV 实验
    4.1 实验系统
        4.1.1 膜生物反应器系统
        4.1.2 PIV 系统
    4.2 CFD 模拟结果与 PIV 实验结果比较分析
    4.3 小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3982668