双层复合式潜表曝气机的研究

发布时间：2017-09-03 16:33

  本文关键词：双层复合式潜表曝气机的研究

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【摘要】：曝气机作为一种重要的污水处理设备已得到了广泛推广和使用。虽然目前市场上有许多类型的曝气机,但是现有曝气机存在着一定的不足,如倒伞型曝气机不能进行深层曝气,曝气效率低,安装不方便;潜水式曝气机只能用于专门的污水处理池中曝气。因此,在当前形势下,分析市场上现有产品的不足,对现有产品进行曝气机理研究及结构优化设计具有重要的现实意义。基于市场上常用曝气机尤其是倒伞型曝气机和潜水式曝气机的结构特点,同时考虑到曝气设备可靠性、经济性、技术先进性、稳定性等方面因素,本文提出了一种双层曝气机构,设计了一种双层复合式潜表曝气机,制作了双层复合式潜表曝气机实验样机。该曝气机结合了潜水式曝气机、倒伞型曝气机等优点,具有广阔的市场前景,满足环境保护的新需要。首先,基于曝气机创新设计的理论基础和设计要求,对市场上常用曝气机的工作原理及结构进行研究及分析,提取出了曝气机的核心功能——溶氧,对溶氧进行功能分解,得到了四个分功能:充气功能,水利推进功能,气水混合功能,气水导流功能,并对上述四个分功能分别进行原理分析,在此基础上对初步设计方案进行了筛选、评价、总结及确定,得出了曝气机的相对最优设计方案。其次,基于相对最优设计方案,提取出了曝气机的主要装置:供气装置,水利推进装置,气水混合装置,气水导流装置,提出了中空主轴充气、倒伞叶轮与推流片同轴双层二次曝气结构,绘制出了双层复合式潜表曝气机的原理样机图,并详细介绍了其结构组成部分及工作原理。然后,基于计算流体力学对倒伞叶轮单独工作时、推流片单独工作时及倒伞叶轮与推流片组合工作时曝气池流场分别进行Fluent数值模拟,以验证设计方案的可靠性,在此基础上又对倒伞叶轮与推流片在不同高度差下曝气池流场进行了数值模拟,以找出相对最优高度差。最后,结合双层复合式潜表曝气机的三维原理样机图及流场迭代结果,基于结构的工作原理、结构特点及创新点进行其实验样机及简易模型的制作,并绘制出其重要结构部分的工程图。本文所做的工作,为今后针对曝气机的深入研究打下了坚实的基础,数值模拟结果表明:该双层复合式潜表曝气机气水混合充分,服务面积大,水体循环时间短,实现了水体浅层和深层的二次曝气,提高了曝气效率,对以后开发新产品起到了积极作用,具有重要的现实意义。
【关键词】：曝气机 优化设计 双层曝气结构 二次曝气 数值模拟 实验样机
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 曝气机的概述11-12
• 1.2 曝气机的研究发展动态12-15
• 1.2.1 国外曝气机的研究发展现状12-13
• 1.2.2 国内曝气机的研究发展现状13-15
• 1.3 课题的提出15
• 1.4 课题研究的目的和意义15-16
• 1.5 课题的主要研究内容16-17
• 2 曝气机的方案设计、评价与优选17-37
• 2.1 引言17
• 2.2 曝气机创新设计的相关理论基础17-18
• 2.3 曝气机的方案设计18-31
• 2.3.1 设计要求18
• 2.3.2 功能的分析18-26
• 2.3.3 单个分功能的原理分析26-29
• 2.3.4 设计方案的总结29-31
• 2.4 曝气机方案的评价31-36
• 2.4.1 方案评价的概述31-32
• 2.4.2 方案的评价准则32-33
• 2.4.3 方案的评价方法33-34
• 2.4.4 相对最优方案的确定34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3 曝气机的结构设计37-50
• 3.1 引言37-38
• 3.2 供气装置的设计38-40
• 3.2.1 供气装置的设计要求38
• 3.2.2 供气装置结构设计过程38-39
• 3.2.3 供气装置结构创新点39-40
• 3.3 水利推进装置的设计40-42
• 3.3.1 水利推进装置的设计要求40
• 3.3.2 水利推进装置结构设计过程40-41
• 3.3.3 水利推进装置结构设计创新点41-42
• 3.4 气水混合装置的设计42-45
• 3.4.1 气水混合装置的设计要求42-43
• 3.4.2 气水混合装置结构设计过程43-45
• 3.4.3 气水混合装置结构设计的创新点45
• 3.5 气水导流装置的设计45-47
• 3.5.1 气水导流装置的设计要求45-46
• 3.5.2 气水导流装置结构设计过程46-47
• 3.5.3 气水导流装置结构设计的创新点47
• 3.6 总体设计47-48
• 3.7 本章小结48-50
• 4 水利推进装置的数值模拟分析50-76
• 4.1 引言50
• 4.2 计算流体力学软件简介50-52
• 4.2.1 CFD的基本思想50-51
• 4.2.2 CFD的计算步骤51
• 4.2.3 CFD的软件功能51
• 4.2.4 CFD软件在水处理构筑物及设备中的应用51
• 4.2.5 CFD软件中前处理软件Gambit简介51-52
• 4.2.6 CFD软件中Fluent软件简介52
• 4.3 水利推进装置数值模拟分析的前处理52-58
• 4.3.1 前处理简介52-54
• 4.3.2 水利推进装置的前处理54-58
• 4.4 水利推进装置数值模拟分析的数值模拟过程58-60
• 4.4.1 解算器的选择58
• 4.4.2 读入并检查网格模型58
• 4.4.3 调整网格模型的尺寸单位，，并进行网格光滑处理58
• 4.4.4 选择解的格式58
• 4.4.5 选择需要解的基本方程58-59
• 4.4.6 定义物理模型59
• 4.4.7 定义材料物理性质59
• 4.4.8 设置运行条件59
• 4.4.9 指定边界条件59
• 4.4.10 设置交界面59
• 4.4.11 调节解的控制参数59
• 4.4.12 对流场进行初始化59
• 4.4.13 求解计算59-60
• 4.4.14 输出并保存结果60
• 4.5 水利推进装置数值模拟分析的后处理60-67
• 4.5.1 倒伞叶轮单独工作时曝气池流场的数值模拟分析结果60-62
• 4.5.2 推流片单独工作时曝气池流场的数值模拟分析结果62-65
• 4.5.3 倒伞叶轮与推流片同时工作时曝气池流场的数值模拟分析结果65-67
• 4.6 对比结果分析67-68
• 4.7 倒伞叶轮与推流片在不同高度差下曝气池流场的数值模拟分析68-75
• 4.7.1 h=1500mm时曝气池流场数值模拟分析结果68-71
• 4.7.2 h=3000mm时曝气池流场数值模拟分析结果71-73
• 4.7.3 h=3500mm时曝气池流场数值模拟分析结果73-75
• 4.8 本章小结75-76
• 5 样机的制作76-87
• 5.1 引言76
• 5.2 实验样机的制作76-81
• 5.2.1 实验样机制作的原理76
• 5.2.2 零部件的选备76-79
• 5.2.3 实验样机的制作装配过程79-80
• 5.2.4 实验样机实现倒伞叶轮与推流片不同高度差时所采用的连接方式80-81
• 5.3 模型实验分析81-85
• 5.3.1 双层复合式潜表曝气机模型介绍81-82
• 5.3.2 模型实验结果及分析82-85
• 5.4 本章小结85-87
• 总结与展望87
• 总结87-89
• 展望89-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-95
• 攻读学位期间发表的学术论文95-96

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本文编号：786134