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基于PIV技术的膜生物反应器流场动力特性研究

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工程热物理学报 2013年第3期34卷 501-504页

作者：李春丽田瑞陶中兰文佳龙内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010051

浸没式膜生物反应器系统内膜面附近的流场动力学特性对控制膜污染具有重要意义。本文应用粒子图像测速(PIV)技术测试膜面附近的气液两相流动力学特性,在3种不同曝气孔径和6种不同曝气强度条件下,测试得到膜面附近的液相流场数据。结果表... 详细信息

浸没式膜生物反应器系统内膜面附近的流场动力学特性对控制膜污染具有重要意义。本文应用粒子图像测速(PIV)技术测试膜面附近的气液两相流动力学特性,在3种不同曝气孔径和6种不同曝气强度条件下,测试得到膜面附近的液相流场数据。结果表明,曝气强度对液相流场影响较大,在一定范围内增加曝气强度可以使得液相速度增加,在本实验条件下,最佳曝气强度确定为5.5 m^3/h。同时分析了2 mm孔径下圆帽状气泡的动力学特性。本文研究结果为膜生物反应器系统的优化设计提供了研究经验和实验数据。

关键词：膜生物反应器气液两相流粒子图像测速技术气泡动力学特性

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浸没式膜生物反应器内膜面传质特性实验

农业机械学报 2014年第2期45卷 340-345页

作者：李春丽田瑞邱广明陶中兰文佳龙内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051 内蒙古工业大学风能太阳能利用技术省部共建教育部重点实验室呼和浩特010051

应用粒子图像测速(PIV)技术测试膜面附近的气液两相流动力学特性,在6种不同曝气强度条件下,测试得到膜面附近的液相流场数据,并计算得到膜面传质系数、浓差极化边界层厚度以及膜面切向应力等膜面传质特性参数。结果表明,曝气强度和液相... 详细信息

应用粒子图像测速(PIV)技术测试膜面附近的气液两相流动力学特性,在6种不同曝气强度条件下,测试得到膜面附近的液相流场数据,并计算得到膜面传质系数、浓差极化边界层厚度以及膜面切向应力等膜面传质特性参数。结果表明,曝气强度和液相速度对膜面传质特性的影响较大,在一定范围内增加曝气强度可以使得膜面传质特性加强。本文的研究结果为膜生物反应器系统的优化设计提供了研究经验和实验数据。

关键词：浸没式膜生物反应器气液两相流粒子图像测速技术传质系数

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SMBR内流场特性实验及数值模拟研究

SMBR内流场特性实验及数值模拟研究

作者：陶中兰内蒙古工业大学

学位级别：硕士

浸没式膜生物反应器（Submerged Membrane Bioreactor, SMBR）作为一种水污染控制与污水回用技术在当前得到了广泛应用，但严重的膜污染和高能耗是制约其发展的关键因素。如何减轻膜污染，提高膜通量已成为国内外水处理领域的重要研究... 详细信息

浸没式膜生物反应器（Submerged Membrane Bioreactor, SMBR）作为一种水污染控制与污水回用技术在当前得到了广泛应用，但严重的膜污染和高能耗是制约其发展的关键因素。如何减轻膜污染，提高膜通量已成为国内外水处理领域的重要研究课题。本文以研究SMBR内膜面的气液两相流流场强化膜面传质和减轻膜污染为目的，基于PIV实验和CFD三维非定常数值模拟研究膜面气液两相流流体力学特性，得到本文实验条件下的最佳曝气工况，且在小试实验中对实验和模拟方法都进行了改进。本文结论如下：(1)本实验中（中试）依据PIV获取的气液两相流图像直观地分析气泡的形成过程，在低曝气强度下，对1mm，2mm，3mm曝气孔径形成的气泡动力学特性进行了分析。分析得到：气泡的尺寸随曝气孔径的增大而增大，气泡由圆球状变成椭球状，再变成球帽状，尾流区随着气泡尺寸的增加也逐渐扩大，对膜面冲刷更强烈。但孔径并不是越大越好，气泡尺寸小的曝气器，氧转移效率较高，阻力也较大，因此本实验1.5m有效水深下2mm为最佳曝气孔径。(2)分析距离膜面3cm断面上1mm，2mm，3mm曝气孔径下A、B区域所对应的切向应力的分布情况，得知切向应力随着曝气孔径的增加而增大，从而膜面流场紊流程度也加强，但由于膜面附近有活性污泥的分布，切向应力过大会导致絮凝体结构被破坏，影响微生物的正常生长，2mm孔径下径向方向的切向应力分布较3mm孔径均匀，综合考虑，本实验中2mm为最佳曝气孔径。(3)分析反应器轴向各区域液相速度矢量分布规律反应了气泡羽流在反应器轴向的形成过程：A区域气泡羽流为羽流形成区;反应器中部B、C区域为于羽流形成后区;D区域为气泡羽流的表面流区。同时分析了本实验中三种曝气孔径下反应器轴向上膜面液相速度均随曝气强度的增加呈先增加后趋于稳定的趋势。模拟结果可以更直观地观察到反应器内形成的羽流形成区、羽流形成后区以及表面流区的液相速度变化趋势，和实验结果一致。(4)本文通过理论结合实验分析给出了表征膜面传质特性的传质系数以及切向应力随曝气强度和膜面液相速度的关系，分析得出：A、B、C三个区域的膜面传质系数均随曝气强度增加而逐渐增加，但D区在曝气强度为6.5m3/h时表现为降低，这解释了膜组件在运行中出现反应器顶端吸附性膜污染加剧的现象。综合考虑能耗和微生物的正常生长，得到本实验2mm孔径对应的最佳曝气强度为5.5m3/h，该工况气液两相的速度最大值集中在膜组件顶端附近，将有利于污染物的脱落，从而减缓膜组件顶端的膜污染。(5)数值模拟显示了膜面气含率分布情况，其结果表明：随着曝气强度的增加，膜面局部气含率也逐渐增加，且气液接触面积扩大且更加均匀。但曝气量过大会破坏活性污泥絮体结构，使活性污泥颗粒变小，更容易在膜表面和孔内沉积。因此在一定范围内增加曝气强度可提高污水的生化处理效果。另，模拟观察到反应器的降流区及底部局部气含率较低，出现死区，不利于活性污泥中微生物的生长，可进一步通过优化曝气系统和反应器结构得到改善。(6)小试实验中改进了实验和数值模拟方法，采用了先进的PIV荧光粒子法，通过在两台相机前分别加装高通滤镜和窄带滤镜实现同时获取膜面气液两相流场的流体力学特性分析，为了近距离获取膜面的流场，实验中采用光纤取代中空纤维膜丝;应用Size-Shape-Analysis模块对低曝气强度下的气泡速度及当量直径进行了分析，计算中选用VOF模型很好地捕捉到气泡的动力学特性。

关键词： SMBR 膜污染气液两相流 PIV实验数值模拟

膜生物反应器内流场动力学特性的PIV实验研究

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环境工程学报 2013年第3期7卷 918-924页

作者：李春丽田瑞陶中兰文佳龙内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051

浸没式膜生物反应器系统内膜面附近的气液两相流动力学特性对控制浓差极化和膜污染具有重要影响。应用粒子图像测速(PIV)技术对浸没式膜生物反应器内近膜面的液相流场动力学特性进行了研究。采用相分离技术灰度分辨法将通过PIV技术得到... 详细信息

浸没式膜生物反应器系统内膜面附近的气液两相流动力学特性对控制浓差极化和膜污染具有重要影响。应用粒子图像测速(PIV)技术对浸没式膜生物反应器内近膜面的液相流场动力学特性进行了研究。采用相分离技术灰度分辨法将通过PIV技术得到的气液两相流场图像中的液相速度场进行辨别,得到膜面附近的液相流场数据,并应用Tecplot软件计算得出液相流的涡量特性。在3 mm曝气孔径,2.5、3.0、3.5、4.5、5.5和6.5 m3/h 6种曝气强度下分析了膜面附近的液相速度场和涡量场。结果表明,曝气强度对液相流场和涡量场的影响较大,在一定范围内增加曝气强度可以使得液相速度和涡量增加,同时,分析了3 mm孔径下圆帽状气泡的动力学特性。研究结果为膜生物反应器系统的优化设计提供了研究经验和实验数据。

关键词：膜生物反应器气液两相流粒子图像测速技术气泡动力学特性

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SMBR内气液两相流三维CFD模拟

环境工程学报 2014年第6期8卷 2251-2256页

作者：陶中兰邢世录李春丽邱广明田瑞内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051 陕西省西咸新区沣西新城管理委员会西咸新区712000

应用CFD软件Fluent对浸没式膜生物反应器(submerged membrane bioreactor,SMBR)内气液两相流进行数值模拟研究,重点考查曝气系统的改变对气液两相流态的影响,并结合PIV实验验证模拟结果,从而为反应器的优化设计及膜污染的控制提供理论... 详细信息

应用CFD软件Fluent对浸没式膜生物反应器(submerged membrane bioreactor,SMBR)内气液两相流进行数值模拟研究,重点考查曝气系统的改变对气液两相流态的影响,并结合PIV实验验证模拟结果,从而为反应器的优化设计及膜污染的控制提供理论依据。模拟结果表明,SMBR内曝气强化了气液两相紊动,膜表面液相速度沿反应器高度增加且形成循环流动,有利于膜面污染物的脱落;反应器内气含率分布不均匀,出现死区,不利于微生物的生长;经实验验证,模拟结果吻合良好。

关键词：浸没式膜生物反应器气液两相流数值模拟

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气升式反应器气液两相流流态特性模拟

环境工程学报 2012年第12期6卷 4333-4338页

作者：李春丽田瑞张维蔚邢世录陶中兰内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051

为了研究曝气强度对气升式反应器内气液两相流特性的影响,组合多相流Eulerian-Eulerian模型和液相Standard k-ε湍流模型,运用Fluent软件建立了气升式反应器内气液两相流的三维非稳态数值模拟。在曝气管布局方式一定的情况下,模拟计算... 详细信息

为了研究曝气强度对气升式反应器内气液两相流特性的影响,组合多相流Eulerian-Eulerian模型和液相Standard k-ε湍流模型,运用Fluent软件建立了气升式反应器内气液两相流的三维非稳态数值模拟。在曝气管布局方式一定的情况下,模拟计算获得了反应器内x轴截面处不同径向位置的气含率、液速分布情况,计算结果表明,在本文研究的曝气强度范围内,气含率随着曝气强度增加而增加,越靠近曝气池底部,升流区局部气含率越高,且气含率值波动较大;随着曝气强度的增加,曝气孔附近液速增加较明显,但随着气液两相流的上升,液速增加幅度降低;同时采用粒子图像测速(PIV)技术对液相速度进行了实验研究,实验结果与模拟结果吻合性较好。

关键词：气升式反应器数值模拟粒子图像测速技术气液两相流

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曝气条件对浸没式膜生物反应器内流场的影响

环境工程学报 2015年第2期9卷 692-698页

作者：陶中兰邢世禄李春丽邱广明田瑞内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051

为深入研究流场动力学特性对浸没式膜生物反应器系统内膜面污染的控制,应用fluent软件对浸没式膜生物反应器内气液两相流动进行了三维数值模拟研究。采用标准k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,考察了改变曝气条件对膜面气液速度场及气含率... 详细信息

为深入研究流场动力学特性对浸没式膜生物反应器系统内膜面污染的控制,应用fluent软件对浸没式膜生物反应器内气液两相流动进行了三维数值模拟研究。采用标准k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,考察了改变曝气条件对膜面气液速度场及气含率分布的影响。模拟结果表明,在相同曝气强度下,1 mm曝气孔径下膜面气液两相的速度增加较孔径2mm、3 mm的快;曝气孔径为1 mm时,膜面的液相速度随着曝气强度的增加逐渐增大;曝气孔径为1 mm时,曝气量为5.5m3/h所形成的漩涡区较大,膜面气含率值较高且分布较均匀,气液两相接触面积较大,膜面冲刷效果较好;模拟观察到反应器底部靠近壁面局部气含率较低,不利于活性污泥中微生物的生长,需要进一步优化曝气和反应器结构。

关键词：浸没式膜生物反应器曝气条件流场数值模拟

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膜生物反应器近膜面流场特性实验研究

膜科学与技术 2013年第2期33卷 63-69页

作者：李春丽邢世录陶中兰文佳龙田瑞内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051

利用PIV技术测试了膜面附近的气液两相流动力学特性,在2.5m^3/h曝气强度下,对1、2、3 mm三种曝气孔径条件下的气泡动力学特性进行了研究,同时分析了不同孔径下对应的液相速度场、涡量场和雷诺应力分布规律.结果表明,在曝气强度较低的情... 详细信息

利用PIV技术测试了膜面附近的气液两相流动力学特性,在2.5m^3/h曝气强度下,对1、2、3 mm三种曝气孔径条件下的气泡动力学特性进行了研究,同时分析了不同孔径下对应的液相速度场、涡量场和雷诺应力分布规律.结果表明,在曝气强度较低的情况下,孔径大小是影响气泡大小的重要几何因素,3mm孔径所形成的气液两相流中液相速度、涡量值和雷诺应力均是最大的,表现在膜过滤过程中,能更好地促进膜表面浓差极化层的物料混合.

关键词：膜生物反应器气液两相流粒子图像测速技术曝气孔径气泡动力学特性

“双碳”背景下开发区发展路径探析——以沣西新城为例

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环境保护与循环经济 2023年第11期43卷 89-93页

作者：齐月陶中兰孙笛陕西省西咸新区沣西新城管理委员会陕西西安712000

实现碳达峰碳中和是推动经济社会高质量发展的重大战略决策。国家级新区作为承担国家重大发展和改革开放战略任务的综合功能区,在落实国家碳达峰碳中和目标任务上应跑在前、干在先。以国家级新区西咸新区五大组团之一——沣西新城为例,... 详细信息

实现碳达峰碳中和是推动经济社会高质量发展的重大战略决策。国家级新区作为承担国家重大发展和改革开放战略任务的综合功能区,在落实国家碳达峰碳中和目标任务上应跑在前、干在先。以国家级新区西咸新区五大组团之一——沣西新城为例,聚焦节能降碳、“两链”融合、生态城市三大方面,梳理总结沣西新城低碳发展成就与经验,并通过SWOT方法学对“双碳”目标下沣西新城实现高质量发展存在的内部优势与劣势、面临的外部机遇与挑战展开分析,初步探讨符合沣西新城实际的“双碳”发展战略,为其他开发区提供经验借鉴。

关键词：碳达峰碳中和低碳发展 SWOT方法学