0022-倒傘型曝氣機設計【三維SW模型+說明書】

0022-倒傘型曝氣機設計【三維SW模型+說明書】,三維SW模型+說明書,倒傘型曝氣機,設計,三維,sw,模型,說明書,仿單 葉片曝氣機的性能評價 Avinash Kumar, S. Moulick*, B.C. Mal 摘要：曝氣實驗是在一塊磚砌筑罐體的尺寸5.25 m*2.87米*1.57米螺旋槳軸的位置的角度（a）中水淹深度和標準曝氣效率的螺旋槳式吸氣器泵曝氣器（SAE）的軸的旋轉速度的影響進行研究。非三維數(shù)字相關標準曝氣效率（SAE）和E和NE，分別稱為線功率（P），提出了建議。要評價的最佳的幾何條件，即螺旋槳軸的位置角（一），曝氣實驗進行：30度，45度，60度，75度和90度的不同的值，保持轉速N的（2130rpm）和沉沒度螺旋槳軸D（300毫米）為常數(shù)。結果表明，SAE成為最大=75度。以類似的方式，幾何條件保持不變（α=75），再進行曝氣實驗，在不同的螺旋槳軸的轉速，N（1420，1775，2130，2485和2840轉）和沉沒度，D的不同值（140，220，300，380和460毫米），以評估曝氣特性的動態(tài)條件下的效果。結果發(fā)現(xiàn)，電子以及氖弗勞德數(shù)（FR）和雷諾數(shù)（Re），能夠很好地與。最后，最大SAE獲得0.42公斤O2/kWh的位置角度75度，轉速螺旋槳軸轉速2840rpm和淹沒深度0.14米。 引言 曝氣機是集約化養(yǎng)殖系統(tǒng)，以滿足對氧氣的需求的文化環(huán)境的重要組成部分。增氧機增加了空氣和水之間的界面面積，從而提高了氧的傳遞，同時提供循環(huán)水，防止水體分層（Boyd和馬丁森，1984）。多年來，已開發(fā)了多種類型的增氧機，池塘水中的溶解氧濃度的氧傳質過程，努力提高能源效率，以維持所需的水平。為了滿足曝氣要求，常用的兩大方法：（1）由立式泵的初始曝氣，pumpsprayer，級聯(lián)和葉輪曝氣器和（2）鼓泡曝氣擴散空氣的系統(tǒng)和螺旋槳吸氣器泵。立式泵，泵式噴霧器，螺旋槳吸氣器泵，槳輪，擴散空氣的系統(tǒng)可能是最廣泛使用的曝氣機在水產養(yǎng)殖領域（博伊德，1998年）。發(fā)現(xiàn)葉輪增氧機曝氣效率和循環(huán)（Rappaport等人，1976; Boyd和艾哈邁德，1987年），是最有效的增氧機。然而，在小池塘，垂直泵增氧機，螺旋槳抽吸泵增氧機，和空氣擴散曝氣器較為常用，比槳輪增氧機，由于經濟原因（博伊德，1998）。螺旋槳抽吸泵（1-3 HP）是成本最低的系統(tǒng)池塘不到2公頃的規(guī)模相比其他曝氣系統(tǒng)（恩格爾，1989）。 螺旋槳式吸氣器泵曝氣機通過旋轉的空心軸，該軸被連接到電動機上的一端，并在其另一端，它被淹沒在水中的螺旋槳式繪制大氣。基本上螺旋槳加速水的速度高到足以引起漫射表面壓力下降。這將迫使空氣通過在中空軸中的擴散器，作為微小氣泡的水進入。如此形成的微小氣泡，由推進器產生的渦流（Boyd和馬丁森，1984），由于與水充分混合的。 螺旋槳式擴散器的制造在各種從0.37toover11kW尺寸。在實踐中，浮動支持電機和軸與水面成一角度，角度可以調整，以在任一深或淺的水的條件下操作。 Boyd和馬丁森（1984）進行了實驗，在一個淺盆（1.04米水深）0.38,1.5 and2.24千瓦容量的螺旋槳抽吸泵增氧機，并發(fā)現(xiàn)，標準曝氣效率（SAE）介于1.73和1.91之間公斤O2/kWh。被認為是最大的曝氣效率發(fā)生在中空軸308的位置角度。有人還指出，螺旋槳的抽吸泵在混合的池塘water.Ruttanagosrigit等有效。 （1991）發(fā)現(xiàn)，螺旋槳抽吸泵增氧機轉讓氧對水的更efficientlyat的鹽度為10-30個百分點，比在鹽度較低。關于擴散器曝氣系統(tǒng)，瓦格納和寶¨象素（1998）指出，體積的氧傳輸速率VOTR [g/m3h]可以淹沒深度的增加而增加，在相同的空氣流率。坎西諾等。 （2004）和坎西諾（2004A，B）設計和開發(fā)出高效率離心式增氧機的魚塘表面。理論的轉子設計采用了傳統(tǒng)的傳質方程和機械的方法使用的增氧機，表面上相似軸流泵。基于三維分析，增氧機的行為表示作為一般方程。得出的結論是曝氣效率提高的弗勞德數(shù)，但是負相關的螺旋槳的速度和直徑。最多SAE的0.805公斤O2/kWh得到“動力學3”螺旋槳用直徑94毫米，入口角為118和258，在10℃的出射角。 Vinatea和卡瓦略（2007）上進行曝氣實驗槳輪（PW）和螺旋槳抽吸泵（PAP）曝氣機在不同的鹽度。這些結果表明，曝氣效率降低超過30個百分點，鹽度。 螺旋槳抽吸泵增氧機上進行的研究工作主要集中在以下幾個方面：（一）位置角度螺旋槳軸螺旋槳抽吸泵，曝氣效率接近最大（Boyd和馬丁森，1984），（二）比較曝氣性能螺旋槳熱望器泵增氧機，噴霧型表面曝氣機和空氣擴散曝氣裝置不同的額定功率（Boyd和馬丁森，1984）及（iii）螺旋槳抽吸泵增氧機曝氣性能在不同的鹽度（Ruttanagosrigit等，1991; Vinatea和卡瓦略，2007）。的螺旋槳式吸氣器泵曝氣裝置的曝氣性能依賴于螺旋槳軸的位置角的軸，轉速的螺旋槳和螺旋槳的設計特點，淹沒深度。但是，沒有研究已報道曝氣效率的螺旋槳的螺旋槳軸和旋轉速度的影響，淹沒。鑒于以上幾點，保持目前的調查集中在確定各種幾何曝氣效率螺旋槳抽吸泵增氧機（品牌：南榮海有限公司，臺灣）和動態(tài)條件下的效果。 2.理論分析 曝氣裝置的標準氧氣傳輸率（SOTR）定義為該裝置在標準條件下（208C水的溫度，初始溶解氧濃度0 mg / L時，一個大氣壓的氧氣的質量定義為和清晰的自來水，APHA，1980）： 單位時間引入的水的體體積： SOTR=標準氧轉移率（公斤O2/小時），=在條件下的總氧傳遞系數(shù) =總氧轉移系數(shù)， =溫度校正系數(shù)= 1.024純凈水，C*=實驗條件下的飽和值（毫克/升），= 在時間t = 0時DO濃度（毫克/升），9.07=在20攝氏度和一個大氣壓下飽和值DO（毫克/升），V=曝氣池容積（m3）。這是一個重要的參數(shù)，用于比較曝氣機。一個更好的比較參數(shù)是標準的曝氣效率（SAE），它被定義為每單位功率（Lawson和風流，1993）SOTR。 (2) 其中 p=線功率（kw). 2.1 三維分析 曝氣工藝的基本多維分析已經提出了許多調查（1956年埃肯費爾德Schmidtke和霍瓦特，1976; Zlokarnik，1979; Banks等，1983;霍瓦特，1984 SIMHA，1991 Ognean，1993年，饒，1999年;。Moulick等，2002,2005;坎西諾等人，2004;坎西諾，2004年，B和Mal Moulick，2009）。Zlokarnik（1979）指出的主要參數(shù)的吸收過程是吸收率系數(shù)kLa20的？V，表示為 其中。 SOTR/ DC和變量之間的函數(shù)關系可以表示為： 其中=螺旋槳軸的位置角，d=螺旋槳軸的沉沒度，即，在水面和水吸入孔之間的距離; V=水在水箱中的體積-，N =螺旋槳的旋轉速度;g =由于重力的加速度;=空氣質量密度; =水的密度;=水的運動粘度 ，=水的表面張力。 基于白金漢宮P定理，公式（4）可以表示如下： 其中Y =吸收數(shù)= SOTR*，Nd2/=雷諾數(shù)（RE），=韋伯數(shù)（W）。因為曝氣測試幾乎在相同的系統(tǒng)上進行（純水 - 空氣）。和保持不變，在曝氣池中，隨后可以從方程（5）被刪去。 埃利奧特（1969）預計的曝氣器功率與水的體積比小于0.1 kW/m3。因此，在本研究中，根據(jù)螺旋槳的功率消耗，選擇合適的水的體積，以滿足上述條件。因此，術語也被從式（5）中刪去。因此，簡化方程（5）的結果為： 在一般情況下，一個給定的螺旋槳吸氣器泵曝氣裝置的消耗功率P，取決于相同的參數(shù)。以類似的方式，利用三維分析，功耗P的關系為： 其中 盡管標準曝氣效率（SAE）是一個更好的比較參數(shù)增氧機的性能評價（ ，1993），也有人表示無量綱的形式吸收的（E）除以數(shù)量（Y）與功率準數(shù)（NE），如下所示： 或者 或者 2.1.1 幾何相似 幾何相似性的要求，所有的線性模型的比率與在一個特定的動態(tài)條件下相應于比例的原型。Fr和Re從而保持恒定（即，保持在軸的旋轉速度N和螺旋槳沉沒度D為常數(shù)），動態(tài)條件可以被保持恒定，其后E和一個可以找到在不同層次發(fā)生變化。因此，E成為最大的可確定的最佳值。曝氣的水的體積可以被決定后于 Elliott（1969）。 2.1.2 動力相似 獲取動態(tài)在幾何相似的系統(tǒng)的模型和原型之間的相似性，所有作用的液體上的力必須承擔在兩個系統(tǒng)中的相同的比例。在曝氣過程中的慣性，重力和粘性力表示由兩個無量綱數(shù)：弗勞德（FR）和雷諾茲（Re）。對于動態(tài)的相似性，這兩個數(shù)應該是相同的模型和原型。一旦的值是固定的，Ne和E的值依賴于動態(tài)參數(shù)：Fr和Re。因此，式（7）和（10）可以表示為： 3、 材料與方法 本節(jié)所介紹的實驗裝置的詳細的實驗步驟如下： 曝氣實驗是在尺寸為5.25 m*2.87米*1.57米的一塊磚砌筑罐體進行的。測試曝氣裝置由括南榮海有限公司高速2840轉的惠普，3相異步電動機，臺灣制造螺旋槳抽吸泵增氧機（22公斤，440 V，3.3 A）組成。螺旋槳的規(guī)格如下：（1）材料為高密度聚乙烯（HDP），（ⅱ）槳的數(shù)量為4，（ⅲ）總直徑100毫米，（ⅳ）入口和出口角度15度和25度，（五）內層和外層中的槳寬為27和50毫米，（vi）葉片的長度為30毫米。螺旋槳與電動機通過一個700毫米長的軸固定，并與電機連接。曝氣器安裝在支持制造使用四個直徑40毫米和的1.60米長的的罐的中心中（如圖1）。 由于電動機的最大速度是每分鐘2840轉的，它需要以不同的速度，以評估其性能，基于頻率的速度控制器被連接到電機15米，3相電纜來控制速度達到所需的值。 傳動軸＃（傾斜軸與水平面）的位置角度，通過改變連接到支撐結構上的臂的位置是可以改變的。由于曝氣吸力空氣進入螺旋槳軸A。進入孔B的水與空氣充分混合，并最終濺入大氣。這樣的水曝氣便產生了。淹沒的深度（d）通過旋轉主軸的結構是可以改變的。 圖1、實驗設置螺旋槳抽吸泵增氧機測試 3.2 曝氣測試 在一個具體的容器，使用干凈的自來水進行氧傳遞試驗。最初的自來水進行脫氧使用0.1毫克/ 升的氯化鈷和10毫克/升的亞硫酸鈉，存在于水中的溶解氧為每1毫克/升，（博伊德，1998），其后的曝氣裝置工作在所需的條件下，進行實驗。溶解氧測量采取了使用兩個YSI專業(yè)加DO米定位在中間螺旋槳和罐的對角點之間距離水表面都是0.2m（Baylar等人，2007），在一定的時間間隔，直到DO從零增大到約80％的飽和度。在相等的時間間隔至少有20個DO測量。 DO赤字計算每個時間。DO Y軸和X軸的曝氣時間的赤字在測試水溫20攝氏度使用溫度校正系數(shù)的調整了傳氧系數(shù)的自然對數(shù)作圖得到的最佳擬合線的斜率。最后SOTR和SAE的值的計算式分別為（1）和（2）。 3.3 實驗設計 3.3.1 螺旋槳軸位置的角度對氧轉移的影響 為取得一個最佳值，曝氣測試進行了螺旋槳吸氣器泵曝氣器定位在五個不同的位置的角度（一）：90度，75度，60度，45度和30度。保持的動態(tài)條件下（軸的旋轉速度，N和淹沒深度的螺旋槳，D）不變（第2.1.1節(jié)）。軸的轉速（N）固定在每分鐘2130轉，淹沒深度固定為300毫米（四）沉沒度。在每一種情況下，保持水曝氣（V）的體積，以滿足：） 3.3.2 氧轉移和功耗上的動態(tài)條件下的影響（FR和Re） 同時變化保持最佳值（從以前的一組實驗獲得）常數(shù)，N和D，E和NE找出不同的動態(tài)條件下的效果。為N和d的變化范圍是從1420到2840轉（在每分鐘355轉的時間間隔）和140至460毫米（80毫米的間隔時），分別達25組實驗。以類似的方式，如在3.3.1節(jié)中所述的充氣水的體積是固定的。 圖2、E與螺旋槳軸的位置角度變化 4、 實驗結果及討論 4.1 螺旋槳軸最佳的位置的角度的（）的測定 曝氣測試對不同的值進行測試（第3.3.1節(jié)）。圖2所示可以看出E的典型變化。它被認為是從圖中所有的點，可以很好地嵌合在30-90度的范圍內的變化與由一個二階多項式方程： 從變化趨勢，對應于它的值E值的峰值，是75度。在這種情況下，E是直接正比于SAE為N和d分別保持為常數(shù)。因此，最佳位置的角度也對應于最大SAE。 4.2 氧轉移和功耗上的動態(tài)條件下的影響（FR和Re） 在不同的動態(tài)條件下，隨著E和NE值的變化n和d也跟著變化，而（75度）的優(yōu)化值保持為一個常數(shù)（第3.3.2節(jié)）。 4.2.1 Re和Fr對E的影響 E和再和E和Fr之間的關系示于圖3和圖4。從圖3中可以看出，該數(shù)據(jù)從不同的水淹深度不同的曲線，表示的尺度效應再E.所有的曲線示出了再研究的范圍內的指數(shù)增加了E。然而，圖4揭示由下面的公式暗示E和神父之間的獨特關系，能夠很好地滿足E配有FR。 上面的方程是有效式為，因此，可以看出，規(guī)模的影響更加明顯，如果再使用標準相比，到Fr準則E上，這可能是由于這樣的事實，重力比粘性力作為氧轉移中起著重要作用發(fā)現(xiàn)了早期的調查表面曝氣機（） 圖3、E雷諾準則的影響 圖4、E福祿準則的影響 圖5、雷諾標準功率準數(shù)Ne 4.2.2 Re和Fr對Ne的影響 Re和Fr對Ne的影響分別如圖5和圖6所示。從圖5中可以看出，不同的水淹深度的數(shù)據(jù)點彼此接近，由下面的公式，可以很好地擬合： 但是，F(xiàn)r和Ne之間沒有特別的關系（圖6），沒有有效的解釋可以提供這種差異。 圖6、福祿標準功率準數(shù)Ne 4.3 最佳的動態(tài)條件螺旋槳抽吸泵增氧機 要到達一個特定的動態(tài)條件下，產生最大的SAE，E的SAE（式（9）），假設水溫以20攝氏度，g值9.81 ，為9.07毫克/L，為1000 kg/m3，等同于式（14）和下面的表達式獲得： （16） 上面的方程是有效式為 105.057.在上面的公式中替換 ，無約束的非線性規(guī)劃隨后使用WinQSB（1.00版本），以確定n和d的值，SAE是最大值。 SAE的最大值被認為是在螺旋槳軸沉沒度為0.42公斤 ，d =0.14 m和轉速N =2837.59-2840轉。要計算耗電量式（15）可以被改寫，代，（假設水溫= 20攝氏度），，，和，如下所示： 因此， 因此，最大SAE——0.42千克O2/kWh和相應的SOTR——0.15公斤O2/小時，可以通過以下方式控制螺旋槳吸氣器泵曝氣裝置在沉沒度，d=0.14 m和轉速N =2840轉每分鐘。 Boyd和（1984）進行了實驗，螺旋槳抽吸泵增氧機（艾爾曝氣機）并發(fā)現(xiàn)SAE介于1.73和1.91。本研究的結果表明，臺灣螺旋槳式增氧機品牌南榮海有限公司能夠實現(xiàn)只有0.42最大SAE。因此，其設計，特別是用于研究的螺旋槳需要修改或更換，可以實現(xiàn)更高的效率，所以有必要對今后的研究中設計出各種各樣的螺旋槳。 5、 結論 螺旋槳抽吸泵增氧機進行了測試，旨在評估會導致增氧機的最高效率的最佳條件。提出了基于三維分析，無量綱數(shù)，E和Ne分別為標準曝氣效率（SAE）和電線功率（P）。保持的動態(tài)條件不變的情況下，實驗是在不同的螺旋槳軸的位置角度（）進行測試的。測試的最佳值75度，在進一步的實驗中，在不同的動態(tài)條件下，測試結果保持恒定（75度）。結果表明，E和Ne分別與FR和Re正相關。分別在轉速（N)為2840 rpm，水淹深度（d）為0.14米，螺旋槳軸75度的位置角度條件下，最大SOTR和SAE結果為0.15和0.42。