曝气参数对曝气去水体分层效果影响的实验研究

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文曝气参数对曝气去水体分层效果影响的实验研究研究生：屠汉超指导教师：潘华辰教授2015年3月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterExperimentalresearchontheinfluenceofaerationfactorsaffectingondisstratificationCandidate:TuHanchaoSupervisor:Prof.PanHuachenMarch，2015杭州电子科技大学硕士学位论文摘要深水湖泊往往存在水体热分层

2、现象，进而导致溶解氧的分层。溶解氧分层现象的存在会导致湖泊表面的水体溶解氧浓度较高，而底层的溶解氧浓度较低，破坏水体的生态平衡。通过曝气来去水体分层是一种经济、有效的方法。关于该方法的理论研究和实验研究也较多，但大多集中于气泡与水的相互作用、曝气设备等，没有对曝气参数进行相应的研究。为了弥补这些不足，本文就曝气流量以及气泡尺寸这两参数对曝气去水体分层的影响进行了实验研究，并进行了数值模拟。本文先是对千岛湖的水深和水温进行了实地调研，获得了深水湖泊中温度的垂直分布规律。然后通过国外合作方获得了芬兰Vesijärvi湖的深度数据和温度数据，并运用回归树法归纳得到溶解氧的垂直分

3、布与温度的垂直分布有着密切的关系。为了研究曝气参数对去水体溶解氧分层的影响，本文专门设计了一个可以在实验室条件下进行的曝气实验。主要包括整个实验平台的设计以及搭建、低溶解氧浓度水的获得、溶解氧分层的实现以及曝气参数的控制。其中，低溶解氧浓度水是将受污染的河水和自来水混合培养所获得的，溶解氧的分层是通过顶部曝气增氧以及底部海绵铁耗氧所完成的。完成实验平台设计以及调试后，分别进行了不同曝气流量以及不同气泡尺寸下的曝气去水体溶解氧分层研究。实验中分别研究不同深度层上溶解氧的变化情况，并比较了表层和-2m层溶解氧相对值的变化以及表层溶解氧降低速率。通过这些比较发现：曝气去水体分层

4、的效果随着曝气流量的增加而增强，随着气泡尺寸的减小而增强。另外发现，曝气增氧的作用区域主要集中在曝气头的上方，对曝气头以下的区域影响很小。进行了曝气实验后，对整个曝气过程的数学模型进行了简单的介绍。其中包括曝气过程中的动力学方程，曝气模型的网格离散化以及CFD求解的各个过程。最后，本文运用Fluent软件对曝气去水体温度分层的过程进行了模拟。其中，将曝气流量作为控制变量，对比了不同流量下的模拟结果。在模拟中，多相流模型的选择、初始温度分层的设置以及模拟收敛的判断是关键点，这些内容也在文中做了简要的介绍。关键词：去水体分层，曝气流量，气泡尺寸，数值模拟I杭州电子科技大学硕士

5、学位论文ABSTRACTThermalstratificationalwaysoccursindeeplakes,anditwillmakethedissolvedoxygen(DO)stratified.AstheDOisstratified,thewaterontheupperlayerofthelakewillbeoxygen-enriched,whilethewaterontheunderlayerwillbeoxygen-poor,anditisharmfortheecosystem.Usingaerationtodestroythestratification

6、isaneconomicalandusefulmethod.Therearemanytheoreticalandexperimentalstudiesaboutthismethod.Butmostofthosestudieswerefocusedontheinteractionofwaterandair,aerationequipmentandsoon,noneofthemstudiedtheaerationparameters.Tomakeupthoseinsufficientstudies,thispapertriestoresearchtheinfluenceofa

7、ir-flow-rateandbubblesizeondestratification.FirstwetookafieldresearchinQiandaoLaketoinvestigatethedepthandtemperature.ThesedatahelpedusknowmoreabouttheQiandaoLake’sthermalstratification.Withthehelpofinternationalcooperator,wegotthetemperatureandDOdataofVesijärviLake