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UV/US压载水管理系统的优化及相关性实验研究
| 论文题名： | UV/US压载水管理系统的优化及相关性实验研究 |
| 关键词： | 船舶压载水;水力旋流器;除藻实验;分离性能 |
| 摘要： | 随着世界海上贸易的迅速发展，船舶压载水带来的危害亦愈发严重。大量研究表明，任何单一的压载水处理方法都无法在满足IMO标准的前提下同等高效地处理压载水中的全部有害生物。在此背景下，本文提出旋流分离、超声波（US）与紫外线（UV）联合处理压载水的方法，并组建UV/US压载水管理系统。该系统将旋流分离作为一级处理手段，去除海水中的较大颗粒物和水生生物，降低海水浊度，提高海水的透光率；超声波作为二级处理手段，破坏海水中微生物的细胞结构或直接将其杀死，降低微生物被紫外线灭活所需的剂量，同时进一步降低海水浊度；紫外线作为终级处理手段，灭活海水中残留的小型浮游生物、细菌和病毒等。为了提高系统的处理效果，本文对系统装置进行了合理地设计与优化，主要完成了以下工作： （1）根据水力旋流器的设计要求，参照相关经验公式，完成了处理量为200m3/h水力旋流器结构的初步设计。运用FLUENT软件，基于Eulerian多相流模型和RSM湍流模型对旋流器进行了固-液两相流的数值模拟。采用单因素法，研究了各结构参数及沙粒直径变化对旋流器分离性能的影响，得出了影响规律，并优选出最佳旋流器结构参数组合。最后对旋流器的入口结构进行了优化，结果表明：阿基米德螺线入口的各向速度与分离效率较切向入口均有显著提高，分离性能得到了改善。 （2）根据超声波的处理原理及影响因素，完成了 US处理器的结构设计。利用FLUENT软件对US处理器内的流场进行数值模拟并得到其流场分布规律；根据平面阵列超声换能器的指向性函数，推导出换能器阵列在三维空间中的声压计算公式，利用MATLAB软件编程对US处理器内的声场分布进行了仿真计算，研究了处理器结构尺寸、频率对其工作性能的影响规律。 （3）通过在入口加装导流叶片对UV杀菌器进行优化设计。运用RSM湍流模型结合Species Transport模型对不同参数导流叶片杀菌器的流体停留时间进行模拟计算，优选出了最佳导流叶片参数组合；利用FLUENT和MATLAB软件对杀菌器内的紫外光照强度、剂量进行了仿真模拟，对比分析了两种模拟方法的优势和劣势。模拟结果表明：优化后，杀菌器内的流体停留时间和平均辐照剂量较原型均有较大的增加。 （4）建立小型UV/US压载水实验系统，完成了US、UV以及2者联合除藻实验。分析实验结果可知：与单独US或单独UV除藻相比，US、UV联合处理能够显著提高除藻效率，初步验证了UV/US压载水系统在压载水处理方面的可行性。 |
| 作者： | 孟梦 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 陈宁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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