曝氣生物濾池多尺度分析與CFD模擬研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、多孔介質內氣液傳輸是科學和工程領域普遍存在的現象,本文研究對象為曝氣生物濾池內氣液兩相流流動與污染物傳輸過程,涉及多孔介質內氣液兩相計算流體動力學,氧組分和污染物組分傳質以及生物膜內生物降解反應等計算傳質學。
  本文首先在Slattery等學者描述多孔介質內氣液兩相達西流動以及Whitaker描述多孔介質內單相非達西流動的基礎上,從微觀孔的尺度下氣相、液相和固相的質量和動量方程入手,首次通過局部容積平均法推導了宏觀控制體REV尺

2、度下多孔介質內氣液兩相非達西流動的質量和動量方程。
  其次選取Siefken修正模型、Lipinski模型、Reed模型以及Attou模型使Navier-Stokes方程封閉,選用Fluent6.3計算流體力學軟件中歐拉模型對無生物膜附著的多孔介質內氣液兩相同向上向流進行三維數值模擬,通過模擬發(fā)現:液相雷諾數在33~300、氣相雷諾數在10~650范圍內,Siefken修正模型更適合應用于粒徑為2-8毫米的多孔介質球體內氣液兩相

3、同向上向流的數值模擬,其模型模擬的壓降值與實測值基本一致。
  然后延用Whitaker等學者關于從細胞尺度內組分控制方程及邊界條件推導出生物膜尺度下組分控制方程的思想,并采用Orgogozo等關于帶有生物膜的多孔介質內單相流的生物膜尺度升級到宏觀尺度的方法,利用局部容積平均理論對曝氣生物濾池內氣相-液相-生物膜相-多孔介質濾料固相等四相系統(tǒng)進行了時間尺度和空間尺度分析,首次通過尺度升級方法系統(tǒng)地推導了曝氣生物濾池內細胞尺度到生物

4、膜尺度以及生物膜尺度到達西尺度的組分控制方程。
  最后結合Rittmann擴散-反應機理和Atkinson的有效性系數近似數學表達式,建立了穩(wěn)態(tài)下有機物、氨氮和溶解氧的一維擴散-反應的偽解析解模型,并建立了氧氣在氣相中組分傳輸方程,有機物、氨氮和溶解氧在液相主體、液膜和生物膜中組分傳輸方程,以及氣相和液相質量和動量守恒方程。以羅馬南部城市污水處理廠的Biostyr(R)曝氣生物濾池為模擬對象,選用Fluent軟件中歐拉模型和組分

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