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《西安理工大学》 2006年
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曝气池中气液两相流PIV实验研究及数值模拟

罗玮  
【摘要】:随着计算机和图像处理方法的快速发展,粒子图像测速法(Particle Image Velocimetry,简称PIV)也得到了相应的发展。作为一种全流场无接触瞬时测量的工具,PIV测量技术已经广泛地应用于流体及多相流参数的测量,而且具有较高的测量精度。本文简要地回顾了PIV测量技术的一些优点和工程应用,综述了PIV技术发展趋势及意义。 作者在参阅了大量的国内外有关气液两相流、流场试验可视化技术、数字图像处理技术等相关文献基础上,设计了一套有曝气池鼓风曝气模型实验的实验台。本论文的研究目的在于,在已有的研究成果的基础上,通过采用气液两相流的实验研究和理论分析相结合的方法,探索曝气池中气泡、液体的运动规律。 本论文的研究方法、主要结果及结论如下: (1) 研制了模拟单个气泡及气泡群的曝气池装置,该装置具有不仅可以观测单个气泡及气泡群在改变孔径时的运动特点,而且具有可以观测到在改变供气压力和水深比时的气泡的运动特点。 (2) 完成了气液两相流的PIV实验研究,测出了曝气池横纵比不同时气泡的运动规律,并给出了三种纵横比不同时气相的速度场分布。 (3) 对于相同的水深和相同的孔径,流量是影响气泡大小和速度的主要因素。当气体流量或速度增加时,气泡体积增大,气相速度也明显增大。气液两相流呈现三种流动状态。当气液两相流处于状态3时,气泡在曝气池实验装置中具有最大的停留时间和较大的速度紊动强度,使氧转移速率和效率大大提高,因此曝气池的选型应使气液两相流呈状态3的流动情况。 (4) 使用数值软件(CFX)对此曝气池实验模型的流场进行了数值模拟,得到曝气池内的速度场,将这些计算结果以可视化结果的形式给出。将数值模拟的结果和数字图像处理的结果相比较分析,发现两种方法之间的速度差别较小,最小绝对误差为0.002m/s,最小相对误差为1.6%。PIV技术测量的结果可为数值模拟模型的建立打下良好的基础,为数值模拟提供可靠的实验数据。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:X703

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