不同桨层搅拌沼气发酵效果对比及其CFD模拟研究

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自动加 热或 停止 加热 水 泵将 热 水 由顶部 注入水 域 夹 层 中 ,在 由底部 回到 机体 中 ,形 成水 域循 环 ,以保 持

1 无搅拌 一
2 二层搅拌桨搅拌 一
3 三层 搅 拌 桨 搅 拌 一
发 酵 罐 温 度 恒 定 。由可 编 程 时控 器 f HHQ 1 自动 控 7 制 电机 通 电时刻 和 时间 长度 .完 成所 需搅 拌强 度 。
12 试 验设 计 .
力 学(F ) 术 发展 . 对给 定条 件下 流体 流 动状 况 的 C D技 把
预 测不 依 赖 实验 数 据 变 为可 能 . F C D技 术也 在 厌 氧 发
方法 :三组厌 氧反 应器 进行 对 比试 验 ,罐 1 无 为
酵工 程 中得 到应用 V sia 使 用 C D模拟 模 型优 化 ev r k F 了上 流式 反应 器 的结构 [ Mi u au研 究 了流体 流 变 6 t hr 1 s :
可 行 性
度 、H值 、 p 搅拌 等f 3 1 。其 中搅 拌 混合 提高 产气 率 的重 要 性 已被 大 多数学 者认 同 .搅拌 具有 均匀 物 料浓 度和 罐 内温 度 . 加 固体物 质与 微生 物接 触面 积 . 除 已形 成 增 破 的结壳 层 等作 用 。 拌大 致可分 为气 体搅 拌 、 力搅 拌 搅 水
性 对 厌 氧 反应 器 内 C D 模拟 的影 响同: 贾 生 等 应 用 F 郭 Fu n 模 拟 软件 对 沼气 池散 热 进行 了动态 仿 真 和数 值 1e t 模 拟[ 毕俊 玮 等对底 侧伸 式搅 拌全 混式 沼气 池 的搅 拌 7 1 : 和温 度场 进行 了 C D模拟嗍 目前 尚未 见采 用计 算 机 F 模 拟 技术 针对不 同搅 拌桨 层搅 拌 沼气发 酵 过程 研究 的 报道 . 因此 本文 以沼气 发 酵搅拌 槽 为研 究对 象 , 通过 试 验对 三层桨 搅拌 罐和 二层 桨搅 拌罐 产气 量 进行 对 比分 析. 并利 用计 算 流体力 学( F ) C D 对罐 内的混合 过 程进 行 数值 模 拟 . 变搅 拌 桨层 数 , 比分 析 混合 效 果 , 证 改 对 验 C D数值模 拟在 沼气 发酵 搅拌装 置设 计研 究 中应用 的 F
中 .三 层 桨优 于二 层桨搅 拌 效果 。
2 沼 气 发 酵 搅 拌 槽 内 CF 的 数 值 模 拟 D
21 模 拟基 本 参数— — 发酵 罐结 构及 计算 物 系 .
5 O OO
211 反应 器结 构 ..
13 试 验 装 置 .
都 属 于常 温发 酵反 应 .三层 桨搅 拌 罐前 6天产 气 量与
二 层桨 搅拌 罐 和无搅 拌罐 差 别不 明 显 产生 这 种 现象
的原 因 可 能是 在 发 酵 初期 ,有 效 菌 种处 于 生 长 阶段 ,
搅 拌对 产气 作用 不 明显 。第 7天 开 始 .搅拌 在 物料 反
将 试 验采 集 的数据 在 E c l x e 中进 行 处 理 .得 出图
2和 图 3的示 意 图
+ 无搅拌 + 二层搅拌桨搅拌 三 j 瞻l 蔼I { 酣 觉 拌 o hu nxn -or ii 9 Si ten x ueo 怕 Iy r tr h it r f t es a si t en xu ed tr eI yr tr h it r h e aes
中图 分 类 号 :¥ 1. 26 4
文 献 标识 码 :A
d i1 . 6/i n10 — 2 52 1. .3 o: 03 9 .s.0 6 7 0 . 20 0 6 9 js 0 5
王 洁 , 月 明 , 彦 如, 瑜. 同 桨层 搅 拌 沼 气 发 酵 效果 对 比及 其 C D 拟 研 究 【. 袁 崔 韩 不 F模 J 中国 农 机 化, 0 2 ()16 19 ] 2 1,5: 2 - 2 WA GJ , U N Y e m n, U a - H N Y . F i uai f i a iet iig[. h eeA r utrl e a N i Y A u— ig C I n m, A u C D s l o o o s gs r x J C i s gi l a Meh - e Y m tn b g d e m n ] n c u
王 洁 ,袁 月 明 , 崔彦 如 z ,韩瑜 s
(. 林农 业大 学工 程技术 学 院 ,长 春市 ,10 1 ;2吉林 农业科 学 院农村 能 源研究 所 ,长春市 ,10 3 ; 1 吉 3 18 . 3 0 3
3吉林 大 学机 械科 学与工 程学 院 。长春 市 ,10 2 ) . 3 0 2
收 稿 1期 :2 1 年 1 3 01 0月 1 01 3 修 回 日Байду номын сангаас :2 1 年 1 月 1 日 01 1 0
搅 拌 .罐 2为两 层搅拌 桨 ,罐 3为三层 搅 拌桨 。三 组 发酵 物 料体 积均 为 8 L.浓 度为 8 f 猪 粪 的质 量 占 % 指
基金项 目:吉林 省重大科技攻关项 目 ( Z G 0 8;吉林省科技发展计划项 目 ( 10 2) 0 D G 0) 9 2 2 5 01
王 洁 .女 , 18 9 5年 生 ,辽 宁 盘锦 人 ,吉 林 农 业 大 学 工 程技 术 学 院硕 士 研 究 生 ;研 究 方 向为 农业 生物 环 境 与 能 源 工 程 。 袁月明 f 通讯 作 者 1 ,女 .16 9 3年 生 ,长 春 市 人 ,吉 林 农业 大学 工 程 技 术 学 院 教授 ;研 究 方 向为 农 业 生 物环 境 与 能 源 工 程 。 崔 彦 如 .女 。17 9 8年 生 ,吉 林 长 春 人 ,博 士 ,吉 林农 业 科 学 院 农 村 能 源研 究 所 副 研 究 员 ;研究 方 向为 沼 气 工 艺 与 设 备 。 韩 瑜 。男 ,18 9 5年 生 ,江苏 如皋 人 ,吉 林 大 学 机 械科 学 与工 程 学 院 硕 士 研究 生 ;研 究 方 向 为液 力传 动 与 自动 变 速 。
应 过程 中开始 发挥 作用 .产 气现 象 差异 比较 明显 的是
试 验装 置采 用安 徽省 某 机械设 备 厂设 计 的厌氧 反
应器 ( 积 1 L ,反应装 置 示 意 图见 图 1 容 0) 。
三 种搅 拌罐 产气 高 峰期 出现 的 时间 不 同 .三种 搅拌 罐
产 气量 高峰 期分 别 出现在 第 1 6天 、 1 和 第 1 8天 9天 ,
1 沼 气 发 酵 搅 拌 槽 的 实 验 研 究
11 试 验 材 料 .
材 料 :新 鲜 的猪粪 取 自吉林 省 农 科 院 畜牧 分 院 , T 固体 含 量 )为 2 % ,接 种 物 ( 酵 微 生 物 种 子 ) S( 3 发 取 自吉林省农 科 院能源 所公 主岭 试验 点 的沼气 池 。
14 试 验 结 果 与 分 析 .
图 3 沼气 发酵 总产 气 量
图 3是 三种 搅拌 罐 的总 的产 气 量对 比图 .图 中显
示 三层 桨搅 拌罐 和 二层 桨搅 拌罐 的 总产 气量 比无搅 拌 罐 分 别 多 出 3 %和 2 % 以上 分 析 结 果 表 明 搅 拌 能 2 5 够 有效 加快 沼气 发 酵速 度 .提高 沼 气产 量 .在 本试 验
2 1 2 3期 0 2年第 总第 4 5期
中国农机 化
C ie e Agi utr l c a iain hn s r l a c u Me h nz t o
No5 01 .,2 2 T t lNo 2 o a .43
不 同桨层搅拌沼气发酵效果对 比及其 C D模 拟研 究 F
nzt n 2 1 , 5: 2  ̄ 2 i i , 0 2 ( 16 19 ao )
0 引 言
沼气 在 我 国的应用 已有 一个 多世 纪 的历史【 根据 1 J 。 可 持续 发展 战 略的要 求 .新 能 源开 发成 为 必然发 展 趋 势 . 可再 生能 源 中 . 在 沼气 尤其 具有 发展潜 力闭 沼气 发 。 酵 属厌 氧发 酵 .影 响其产 气效 果 的 因素有 很多 .如 温
第 5期
王 洁 等: 同桨层 搅 拌沼 气发 酵效 果对 比及 其 C D模拟 研究 不 F
发 酵 原料 总重 量 1 .接 种 物 含 量 为 3 %。发 酵 温 度 为 0
由 图 2可 以看 出 .在 产 气 高峰 出现 之前 的最初 持 续 酸 化 阶段 和过 渡 期 中 .三 种 搅 拌情 况 平 缓 而 稳定 .
摘 要 :本 文 对 无 搅拌 、二 层 桨 搅拌 、三 层 桨搅 拌 三 种 沼气 发 酵 效 果进 行 了 试验 研 究 ,并采 用 计 算 流体 力 学 软 件 f et 二 l n对 u 层 、三层 搅拌 罐 混 合 过 程 进 行 了模 拟 .数 值 模 拟 采 用 了 欧 拉一 欧 拉 方 法 。试 验 结 果 表 明 有 搅 拌 要 比无 搅 拌 沼 气 产 量 高 出 2% 以上 ,三层 桨 搅 拌效 果 明 显 优 于二 层 桨 ;数 值 模 拟 中对 液 相 流 体分 布 进 行分 析 ,模 拟结 果 显 示 三层 桨 液 相 流动 速 度 大 0 于二 层 桨 .数值 模 拟结 果 与试 验 研究 结 果 具有 一 致性 .说 明应 用 C F模 拟 沼气 发 酵过 程 中 的原 料搅 拌 过程 具 有 可行 性 。 D 关 键 词 :沼气 ;搅 拌 ;搅 拌 器 ;计 算 流体 力 学
大 ,接 触物 料 和菌 种面 积广 ,使得 混 合更 为 均匀 。
图 1 沼 气 发 酵 罐 示 意 图
一 一 一
5电机 .
1 酵罐体 . 发
6搅 拌 器 .
2水 域 夹 层 .
3集 气 瓶 .
4集 水 瓶 .