紊流脉动对生物反应器运行影响的数值模拟

为研究紊流脉动对生物反应器运行的影响,针对时均速度为零的振动格栅反应器,构建气-液两相流模型并对其进行验证。借助Fluent软件对反应器中气和水的流动进行数值模拟,得出10种工况下紊流脉动强度与气含率、氧转移系数和雷诺应力的关系。结合实验测得的生物膜理化数据,分析紊流脉动强度对生物膜生长的影响。结果表明,增大紊流脉动可有效提高反应器内的气含率和氧转移系数,促进气液两相进行高效传质。对于本研究所用振动格栅生物反应器,当紊流强度q<2.7 cm/s时,生物膜厚度和密度随着紊流强度的增加而增加。当q>2.7 cm/s时,雷诺应力的作用显著,生物膜逐渐变薄变密。紊流强度q=3.4~4.8 cm/s时,生物膜生长和污染物去除效果最佳。