开孔文丘里管掺气水流的水力和增氧特性研究

发布时间：2017-05-10 08:10

  本文关键词：开孔文丘里管掺气水流的水力和增氧特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水体中溶解氧浓度是反应水质的重要标准。过低会造成水生物生长速度减缓,繁殖能力下降乃至死亡,因此保持适当的水体溶解氧浓度具有重要的意义。大气增氧是水体中溶解氧的来源之-。本文以开孔文丘里管掺气水流为研究对象,建立并验证了相应的数学模型,研究了水力参数和几何参数对气体体积分数和溶解氧恢复系数的影响规律。首先，，本文建立了开孔文丘里管掺气水流的三维数学樟型,利用FLUENT软件中的UDF对溶解氧输移扩散进行相应的编程。利用建立的物理模型实验和他人相关文献数据,分别对溶解氧恢复系数和气体体积分数进行了验证。结果发现两者的计算值与实测值比较吻合,可以进行下一步计算和预测工作。然后,利用验证后的数学模型分别计算了不同进口溶解氧浓度、进口水流流速、开孔直径、断面收缩比和开孔文丘里管下游长度条件下,开孔文丘里管掺气水流溶解氧恢复系数和出口处的气体体积分数。通过分析开孔文丘里管内流线、速度场、紊动动能、紊动耗散率和气体体积分数,发现水气混合后,由于重力的作用,管轴上部的气体体积分数较大,不利于水体增氧。喉部开孔下游壁面和喉部与扩散段附近的二次流区是开孔文丘里管掺气水流的能量损失重要区域之一,但是强烈的旋滚水流有利于气泡破碎和增加气泡滞留在水体的时间。水力与几何参数对气体体积分数和溶解氧恢复系数有重要的影响。随着断面收缩比的减小,气体体积分数先增大后减小；随着进口水流流速的增大,气体体积分数减小；随着开孔直径的增大,气体体积分数有所增加,但增加速率逐渐降低。进口水流流速越大,下游主管长度越短,溶解氧恢复系数越小；随着断面收缩比的减小,溶解氧恢复系数先增大后减小；在一定范围内,随着开孔直径的增加,溶解氧恢复系数增加；温度与水体饱和溶解氧浓度呈现负相关关系,随着温度的升高,水体饱和溶解氧浓度降低,但溶解氧恢复系数增加。利用量纲分析法和最小二乘法,拟合了20℃时,开孔文丘里管开孔直径,主管直径,喉部直径,下游主管长度,进口断面水流平均流速,进口溶解氧浓度,运动粘度系数与溶解氧恢复系数的关系式,并进行了相关验证,可以作为开孔文丘里管掺气水流的溶解氧恢复系数的计算依据。本文的研究结果可以为开孔文丘里管掺气水流溶解氧的输移扩散提供一定的技术支持和参考依据。
【关键词】：开孔文丘里管 数学模型 气体体积分数 溶解氧恢复系数
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV131.34;X143
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 水体增氧行为的研究进展13-20
• 1.2.1 大气增氧13-18
• 1.2.1.1 河流大气增氧行为的研究14-15
• 1.2.1.2 波浪增氧影响的研究15-16
• 1.2.1.3 水工建筑物泄流对增氧影响的研究16-17
• 1.2.1.4 人工曝气的研究17-18
• 1.2.2 开孔文丘里管掺气水流的特性研究18-20
• 1.2.2.1 文丘里管18
• 1.2.2.2 开孔文丘里管掺气的研究18-20
• 1.3 常用商业计算流体力学软件20-22
• 1.3.1 PHOENICS20
• 1.3.2 STAR-CD20
• 1.3.3 STAR-CCM+20-21
• 1.3.4 CFX21
• 1.3.5 FLUENT21-22
• 1.4 本文研究内容22-24
• 2 增氧理论24-31
• 2.1 水平管道内二相流流型24-25
• 2.2 水体增氧理论25-27
• 2.2.1 静止水体的增氧25
• 2.2.2 紊动水体增氧的理论模型25-27
• 2.3 水体增氧的数学模型27-30
• 2.3.1 紊流数学模型27-29
• 2.3.2 多相流数学模型29-30
• 2.3.2.1 欧拉-拉格朗日方法29
• 2.3.2.2 欧拉-欧拉方法29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 开孔文丘里管掺气水流物理模型实验31-35
• 3.1 实验布置31
• 3.2 实验仪器31-33
• 3.2.1 JPBJ-608型溶解氧测定仪31-32
• 3.2.2 SIARGO MF5700气体质量流量计32
• 3.2.3 ADV流速仪32-33
• 3.3 实验流程及工况33-34
• 3.3.1 实验流程33-34
• 3.3.2 实验工况34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 开孔文丘里管掺气水流及溶解氧输移扩散的数值模拟35-72
• 4.1 数学模型控制方程35-37
• 4.2 网格划分与初边界条件37-39
• 4.2.1 开孔文丘里管几何模型38-39
• 4.2.2 网格划分、初边界条件与离散方法39
• 4.3 数学模型验证39-41
• 4.4 开孔文丘里管掺气水流的流场与溶解氧恢复系数计算分析41-71
• 4.4.1 开孔文丘里管内流线和速度场分析41-47
• 4.4.2 紊动动能与耗散率47-52
• 4.4.2.1 紊动动能47-49
• 4.4.2.2 紊动耗散率49-52
• 4.4.3 开孔文丘里管内气体体积分数分布规律分析52-53
• 4.4.4 水力与几何参数对气体体积分数的影响53-57
• 4.4.4.1 开孔直径对气体体积分数的影响53-55
• 4.4.4.2 断面收缩比对出口断面气体体积分数的影响55-57
• 4.4.5 水力与几何参数对溶解氧恢复系数的影响57-71
• 4.4.5.1 进口溶解氧浓度对溶解氧恢复系数的影响57-59
• 4.4.5.2 几何尺寸对溶解氧恢复系数的影响59-66
• 4.4.5.3 溶解氧恢复系数的量纲分析66-68
• 4.4.5.4 温度对溶解氧恢复系数的影响68-71
• 4.5 本章小结71-72
• 5 结论和研究展望72-74
• 5.1 全文结论72
• 5.2 创新点72-73
• 5.3 研究展望73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 个人简历78
• 发表的学术论文78

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  本文关键词：开孔文丘里管掺气水流的水力和增氧特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：354342