SMBR內(nèi)流體力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究摘要本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法研究了SMBR（SubmergedMembraneBioreactor）內(nèi)流體力學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，SMBR系統(tǒng)的液位變化對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)產(chǎn)生較大影響；在滲透通量較小的情況下，流速隨深度增加而降低。數(shù)值模擬結(jié)果表明，SMBR內(nèi)的流動(dòng)具有明顯的非線(xiàn)性特性，而且會(huì)形成渦流和漩渦，對(duì)膜污染和壓差產(chǎn)生較大影響。因此，在SMBR的設(shè)計(jì)與操作中，應(yīng)充分考慮流體力學(xué)特性的影響，以提高其性能和經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：SMBR；流體力學(xué)；實(shí)驗(yàn)；數(shù)值模擬AbstractThispaperstudiesthefluiddynamiccharacteristicsofSMBR(SubmergedMembraneBioreactor)byexperimentalandnumericalsimulationmethods.TheexperimentalresultsshowthattheliquidlevelchangesoftheSMBRsystemhaveasignificantimpactonitsinternalflow,andtheflowratedecreaseswithdepthwhenthepermeationfluxissmall.ThenumericalsimulationresultsshowthattheflowintheSMBRhasobviousnonlinearcharacteristics,andvortexesandeddieswillform,whichhaveasignificantimpactonmembranefoulingandpressuredrop.Therefore,inthedesignandoperationofSMBR,theinfluenceoffluiddynamiccharacteristicsshouldbefullyconsideredtoimproveitsperformanceandeconomicbenefits.Keywords:SMBR;fluiddynamics;experiment;numericalsimulation1.引言SMBR是一種新型的膜生物反應(yīng)器，在廢水處理和資源回收方面具有廣泛應(yīng)用。然而，SMBR內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng)模式和非線(xiàn)性特性可能導(dǎo)致膜污染和壓差增加，影響其性能和經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)SMBR內(nèi)流體力學(xué)特性的研究具有重要意義。2.實(shí)驗(yàn)方法本實(shí)驗(yàn)采用一套自行研制的SMBR試驗(yàn)裝置，其主要構(gòu)成包括環(huán)狀反應(yīng)池、磁力泵、氣泡擾動(dòng)器和膜組件等。實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括液位、進(jìn)水流速、氣泡擾動(dòng)強(qiáng)度和滲透通量等。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用PIV（ParticleImageVelocimetry）技術(shù)對(duì)SMBR內(nèi)部的流速場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，并記錄壓差和污染膜的變化情況。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SMBR內(nèi)的液位變化對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)產(chǎn)生較大影響。當(dāng)液位高于膜面時(shí)，進(jìn)水中的氣泡會(huì)抬高底部水位，影響液面形態(tài)和流速分布。而當(dāng)液位低于膜面時(shí)，膜上方會(huì)形成死水區(qū)，造成滯留和淤積，使膜污染加劇。此外，在滲透通量較小的情況下，流速隨深度增加而降低。4.數(shù)值模擬為深入研究SMBR內(nèi)部流動(dòng)特性，本文采用CFD（ComputationalFluidDynamics）方法進(jìn)行數(shù)值模擬。建立了包括反應(yīng)池、氣泡擾動(dòng)器和膜組件等在內(nèi)的三維模型，并分別對(duì)不同液位和進(jìn)氣速度下的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬。數(shù)值模擬結(jié)果表明，SMBR內(nèi)的流動(dòng)具有明顯的非線(xiàn)性特性，存在渦流和漩渦現(xiàn)象。其中，氣泡擾動(dòng)器產(chǎn)生的渦旋對(duì)流動(dòng)產(chǎn)生主要影響。此外，當(dāng)液位較低時(shí)，膜上方形成的死水區(qū)會(huì)形成漩渦，加劇膜污染和壓差增加。5.結(jié)論SMBR內(nèi)的流體力學(xué)特性對(duì)其性能和經(jīng)濟(jì)效益具有重要影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液位是影響SMBR內(nèi)流動(dòng)的關(guān)鍵因素之一，進(jìn)氣速度和滲透通量也會(huì)對(duì)其影響。數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了SMBR內(nèi)的非線(xiàn)性與漩渦現(xiàn)象，提示運(yùn)用一些流體動(dòng)力學(xué)手段（如輔助氣體擾動(dòng)、繞流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等）以增強(qiáng)SMBR的性能與穩(wěn)定性。參考文獻(xiàn)[1]KhezriM,AlabasterG,CuiZF.Submergedmembranebioreactor:anovelsystemfornitrogenremovalfromlandfillleachate[J].JournalofHazardousMaterials,2010,177(1-3):1103-1110.[2]KimJH,NamJH,LeeKY.Anumericalanalysisoftheflowandmixingcharacteristicsofanairliftmembranebioreactor[J].BioresourceTechnology,2010,101(8):2672-2679.[3]KamaliM,KhosravanipourMostafazadehA,MovahedianAttarH,etal.Experimentalandnumeric