论文部分内容阅读
水中病原微生物的污染可以导致许多种疾病，严重危害人类健康，水的消毒处理作为保证水质安全的最后一道屏障不可忽视。随着电化学高级氧化技术的发展，电化学消毒法逐渐成为可选择的水消毒技术，并应用在一些小型水处理工程当中。管式电化学消毒反应器是电化学消毒反应常用的反应装置，其结构特性往往对电化学消毒反应的进行有重要影响。传统的管式电化学反应器往往因流场的湍流强度较低而存在传质性能较差的情况，如果在管式电化学反应器的前端添加一组导流叶片，改变反应器内流场，就可能提高反应器内的湍流程度，增强反应器的传质。
本文开发了一种带有螺旋流湍流增强组件的管式电化学消毒反应器，利用计算流体力学软件对其内部流场特性进行数值模拟，对比了添加湍流增强组件前后的反应器内部流场的变化情况，分析其增强湍流强度的流动机理；对添加湍流增强组件后的反应器的性能进行评价，采用单因素法分析了反应器主要参数对性能的影响，利用响应面法对反应器的主要参数进行优化。接着，对参数优化后的反应器的压力损失进行了分析。得到的主要结论如下：
（1）添加湍流增强组件后，管式电化学消毒反应器内的流体由于湍流增强组件导流叶迎水面和背水面的压力差而产生扭曲，形成螺旋向前的流动状态；导流叶从管轴至管内壁的安装使反应器内全部流体均受到导流叶的作用，且减少了返混现象的发生，增强了流体紊动，提高流场的湍流强度。
（2）添加湍流增强组件后，反应器内的流场得到优化，具体表现为：速度场中周向最大速度由之前的0.0035m/s增大到0.25m/s，径向最大速度由之前0.006m/s增加至0.03m/s；反应器内阳极附近的平均湍流强度提升了近2倍；阳极表面的剪切力增大了27%。
（3）对于带有湍流增强组件的反应器，导流叶个数、导流叶扭转角度和导流叶至电极的距离对阳极表面湍流强度有显著影响。通过单因素分析可知，当导流叶个数增加时，阳极表面湍流强度持续增加；当导流叶扭转角度增加或导流叶至电极的距离增加时，阳极表面的湍流强度呈现出先增大后减小的趋势。
（4）使用响应面法对反应器的主要影响参数进行优化，优化后的参数组合为导流叶个数7个，导流叶的扭转角度30o，导流叶至电极的距离90 mm．此时阳极表面湍流强度12.68%，相比于无湍流增强组件时增大了44%，湍流强度的增大有助于提升反应传质，提高反应效率。
（5）参数优化后的反应器压力损失为489Pa，比添加湍流增强组件前增加了39%，与同类湍流产生器相比压力损失较低，表明湍流增强组件有一定的实用价值。
本文的研究成果为实体反应器的构建提供依据，也为其他电化学反应器的设计提供借鉴。
本文开发了一种带有螺旋流湍流增强组件的管式电化学消毒反应器，利用计算流体力学软件对其内部流场特性进行数值模拟，对比了添加湍流增强组件前后的反应器内部流场的变化情况，分析其增强湍流强度的流动机理；对添加湍流增强组件后的反应器的性能进行评价，采用单因素法分析了反应器主要参数对性能的影响，利用响应面法对反应器的主要参数进行优化。接着，对参数优化后的反应器的压力损失进行了分析。得到的主要结论如下：
（1）添加湍流增强组件后，管式电化学消毒反应器内的流体由于湍流增强组件导流叶迎水面和背水面的压力差而产生扭曲，形成螺旋向前的流动状态；导流叶从管轴至管内壁的安装使反应器内全部流体均受到导流叶的作用，且减少了返混现象的发生，增强了流体紊动，提高流场的湍流强度。
（2）添加湍流增强组件后，反应器内的流场得到优化，具体表现为：速度场中周向最大速度由之前的0.0035m/s增大到0.25m/s，径向最大速度由之前0.006m/s增加至0.03m/s；反应器内阳极附近的平均湍流强度提升了近2倍；阳极表面的剪切力增大了27%。
（3）对于带有湍流增强组件的反应器，导流叶个数、导流叶扭转角度和导流叶至电极的距离对阳极表面湍流强度有显著影响。通过单因素分析可知，当导流叶个数增加时，阳极表面湍流强度持续增加；当导流叶扭转角度增加或导流叶至电极的距离增加时，阳极表面的湍流强度呈现出先增大后减小的趋势。
（4）使用响应面法对反应器的主要影响参数进行优化，优化后的参数组合为导流叶个数7个，导流叶的扭转角度30o，导流叶至电极的距离90 mm．此时阳极表面湍流强度12.68%，相比于无湍流增强组件时增大了44%，湍流强度的增大有助于提升反应传质，提高反应效率。
（5）参数优化后的反应器压力损失为489Pa，比添加湍流增强组件前增加了39%，与同类湍流产生器相比压力损失较低，表明湍流增强组件有一定的实用价值。
本文的研究成果为实体反应器的构建提供依据，也为其他电化学反应器的设计提供借鉴。