倒伞曝气机驱动的氧化沟内三相流机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51879122
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    董亮
  • 依托单位：
    江苏大学
  • 学科分类：
    E0904.水力机械及系统
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The flow state of air-liquid-solid three-phase mixture in the oxidation ditch directly determines the efficiency and stability of the sewage treatment system. In this project, based on the experiment and numerical simulation, the mechanism of three-phase flow in the oxidation ditch driven by inverted umbrella aerator is to be thoroughly studied.. A multi-parameter measuring method concerning three-phase flow in the oxidation ditch will be developed. The surface boundary of inverted umbrella aerator will be modeled, the searching and tracking method of three-phase liquid surface will be studied, and the IBM-VOF coupling numerical method which is more suitable for the three-phase flow in the oxidation ditch driven by the inverted umbrella aerator will be built. The trajectory of splash and the evolution of entrainment will be captured. The behavior characteristics of air bubble and the motion characteristics and accumulation position of solid particle will be studied. As a result of these, the interaction between liquid, air bubble and solid particle will be revealed. And, the change law of flow structure under three-phase action and its influence on the macroscopic performance will be studied. Then, the aeration mechanism of the inverted umbrella aerator will be explored. A mathematical model for the geometrical parameters of the aerator and the macro performance of the oxidation ditch will be established..The project aims at systematically expounding the mechanism of air-liquid-solid three-phase flow in the oxidation ditch driven by inverse umbrella aerator, and providing experimental data and theoretical basis for the development of multiphase flow in rotating machinery.
氧化沟内气-液-固三相混合流态直接决定了污水处理系统的效率和稳定性。本项目从试验测试和数值计算出发，深入研究倒伞曝气机驱动的氧化沟内三相流机理。. 发展氧化沟内三相流多参数测量技术；实现倒伞曝气机物面重构及模化，建立三相液面捕捉与追踪模型，构建适用于倒伞曝气机驱动的氧化沟内三相流动的IBM-VOF耦合计算模式，实现对含有旋转自由液面、自掺气、多相间相互作用等复杂流动现象的高效、准确预测；掌握水跃运动轨迹及卷吸的演化过程，研究气泡行为特性、颗粒运动特性及积聚位置，揭示液体、气泡、颗粒相间作用机理；研究三相作用下流动结构的变化规律及对宏观性能的影响，揭示倒伞曝气机充氧曝气机理，建立曝气机设计、运行参数与氧化沟宏观性能的数学模型。. 项目旨在系统揭示倒伞曝气机驱动的氧化沟内气-液-固三相流机理，为旋转机械多相流发展提供试验数据和理论基础。

结项摘要

倒伞曝气机驱动的曝气池内部三相流动较为复杂，涉及旋转自由液面、自掺气、水跃、卷吸、气泡聚并破碎、以及污泥颗粒沉降等过程。同时其曝气性能受叶轮转速、叶轮浸没深度、叶片数等参数影响较大，使得在内流分析和曝气性能预测等方面存在很多亟待解决的难题。主要研究内容如下：.1. 搭建了倒伞曝气机三相流和污泥沉降速率测试试验台，测量不同浓度下污泥沉降速率，建立沉降模型，研究倒伞曝气机在不同转速、不同浸没深度和不同污泥浓度下其曝气性能变化规律，测量在倒伞曝气机稳定运行时，曝气池内固定测点流速及污泥浓度。针对倒伞曝气机内存在气泡重叠黏连、反光等现象，无法直接通过高速摄影试验结果准确地提取气泡特征参数的问题，从中值滤波、分水岭分割处理、二值化与特征提取等环节出发，提出一种图像处理方法实现了气泡特征参数的有效提取。.2.综合考虑多相流模型、群体平衡模型、气泡破碎聚并模型和kLa传质方程，并在计算时赋予与试验相同的气泡特征参数，建立了一种能够准确模拟倒伞曝气机驱动下曝气池内部三相流方法，准确揭示了曝气机水跃、卷吸、气泡聚并及破碎、以及污泥颗粒沉降等过程。结果表明：气泡的聚并行为会造成速度损耗，而水跃和卷吸作用会促使环流旋涡形成，受环流漩涡影响卷吸的气体逐渐向底部运动。气体主要分布在浅层水体，同时浅层水体也是气－液－固三相混合区域，氧传质主要发生在混合区域内。污泥在曝气池内部分布都较为均匀，污泥的运动由于重力及污泥颗粒间相互作用力导致的竖直方向的沉降运动以及倒伞曝气机叶轮的离心力作用而导致的水平方向的离心运动两部分叠加。.3 .基于量纲分析法建立了倒伞曝气机曝气性能预测模型，解决了缩比样机无法预测原模型曝气性能的问题。建立一种基于试验设计和响应面的倒伞曝气机充氧性能优化设计方法。以叶片数，幅板倾斜角度，幅板间隙开度三个参数作为设计变量，以标准动力效率最高为目标，构建主要结构参数与目标的多元回归响应面模型。

项目成果

期刊论文数量（24）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（12）
Study on Drag and Noise Reduction of Bionic Blade of Centrifugal Pump and Mechanism
离心泵仿生叶片及机构减阻降噪研究
  • DOI：
    10.1007/s42235-021-0021-3
  • 发表时间：
    2021-03-01
  • 期刊：
    JOURNAL OF BIONIC ENGINEERING
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Dai, Cui;Guo, Chao;Dong, Liang
  • 通讯作者：
    Dong, Liang
Research and Application of Filtering Grid Scale in Detached Eddy Simulation Model
分离涡模拟模型中滤波网格尺度的研究与应用
  • DOI：
    10.3390/sym12081252
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    MDPI AG
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Liang Dong;Chao Guo;Ying Wang;Houlin Liu;Dai Cui
  • 通讯作者：
    Dai Cui
离心泵仿生表面减阻降噪特性研究
  • DOI：
    10.13245/j.hust.200919
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    华中科技大学学报. 自然科学版
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    代翠;戈志鹏;董亮;刘厚林
  • 通讯作者：
    刘厚林
Experimental and Internal Flow Investigation on the Performance of a Hydraulic Retarder with Different Liquid-Filled Amount and Blade Inclination Angles
不同充液量和叶片倾角液力缓速器性能的实验及内流研究
  • DOI：
    10.1007/s11630-022-1454-7
  • 发表时间：
    2022-01
  • 期刊：
    Journal of Thermal Science
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    Dai Cui;Dong Liang;Zhang Xing;Zhu Jiancheng;Lin Haibo
  • 通讯作者：
    Lin Haibo
车用凸轮式氢气循环泵内非定常流动特性
  • DOI：
    10.3969/j.issn.1674-8530.20.0290
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    排灌机械工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    董亮;张立新;刘厚林;朱建成
  • 通讯作者：
    朱建成

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其他文献

小鼠corin蛋白结构对其功能的影响
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    董亮
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    边学成
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    10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2017.09.005
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
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  • 作者：
    董亮
  • 通讯作者：
    董亮
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    10.3969/j.issn.1000-7695.2018.23.023
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    于飞;胡泽民;董亮
  • 通讯作者：
    董亮

其他文献

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数据驱动的液体火箭发动机涡轮泵空化故障智能预测方法研究
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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