本發(fā)明涉及含氧量測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種曝氣池含氧量測(cè)量方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、曝氣池的原理是通過噴嘴向污水中大量噴注微小氣泡，微小氣泡與污水直接發(fā)生氧溶質(zhì)交換，將微小氣泡中的氧氣轉(zhuǎn)移到污水中，利用氧氣的氧化作用殺死污水中的微生物和細(xì)菌，從而達(dá)到除菌的目的。由于微小氣泡的比表面積小，所以大量微小氣泡能產(chǎn)生巨大的氧氣交換量，這也是曝氣池成為主流的污水處理技術(shù)的原因之一。然而，曝氣池的優(yōu)化設(shè)計(jì)一直依賴于經(jīng)驗(yàn)，缺乏定量化工具對(duì)曝氣池進(jìn)行設(shè)計(jì)以及對(duì)曝氣池含氧量進(jìn)行測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種曝氣池含氧量測(cè)量方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，能夠?qū)崟r(shí)仿真曝氣池中的氣液兩相流和氧溶質(zhì)輸運(yùn)的過程，自主研發(fā)對(duì)曝氣池含氧量的非接觸測(cè)量，并通過曝氣池含氧量為優(yōu)化設(shè)計(jì)曝氣池提供了支撐。其具體方案如下：

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N曝氣池含氧量測(cè)量方法，包括：

3、將曝氣池中流體的當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以更新所述流體的當(dāng)前渦矢量、當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)；

4、基于氧溶質(zhì)在液體和氣體中的擴(kuò)散系數(shù)以及更新后的當(dāng)前氣液相函數(shù)確定所述氧溶質(zhì)的表觀擴(kuò)散系數(shù)，并利用所述表觀擴(kuò)散系數(shù)和更新后的當(dāng)前速度矢量對(duì)當(dāng)前氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行更新；

5、在基于所述曝氣池預(yù)先確定的立方體計(jì)算域中，根據(jù)更新后的當(dāng)前氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和更新后的當(dāng)前氣液相函數(shù)測(cè)量所述曝氣池的含氧量。

6、可選的，所述表觀擴(kuò)散系數(shù)的確定公式，包括：

7、；

8、其中，表示表觀擴(kuò)散系數(shù)，表示氣液相函數(shù)，表示氧溶質(zhì)在液體中的擴(kuò)散系數(shù)，表示氧溶質(zhì)在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)。

9、可選的，所述利用所述表觀擴(kuò)散系數(shù)和更新后的當(dāng)前速度矢量對(duì)當(dāng)前氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行更新，包括：

10、利用所述流體的當(dāng)前位移矢量、所述表觀擴(kuò)散系數(shù)和更新后的當(dāng)前速度矢量并基于當(dāng)前時(shí)刻氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定下一時(shí)刻氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以對(duì)當(dāng)前氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行更新；

11、其中，氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的更新公式為：；表示氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，t表示時(shí)間，表示表觀擴(kuò)散系數(shù)，表示位移矢量，表示速度矢量；并且，氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的更新公式采用愛因斯坦求和約定，表示三個(gè)不同的方向。

12、可選的，所述曝氣池的含氧量的測(cè)量公式，包括：

13、；

14、其中，表示所述曝氣池的含氧量，表示氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，表示氣液相函數(shù)，表示所述立方體計(jì)算域的長度，高度，寬度。

15、可選的，所述將曝氣池中流體的當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以更新所述流體的當(dāng)前渦矢量、當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)，包括：

16、將曝氣池中流體的當(dāng)前速度矢量、當(dāng)前氣液相函數(shù)和當(dāng)前位移矢量輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以基于當(dāng)前速度矢量、當(dāng)前位移矢量和旋度算子確定當(dāng)前渦矢量，并利用所述流體的表觀運(yùn)動(dòng)粘度和表面張力矢量對(duì)當(dāng)前渦矢量進(jìn)行更新；

17、基于當(dāng)前位移矢量和更新后的當(dāng)前渦矢量確定流函數(shù)矢量，并基于當(dāng)前位移矢量和當(dāng)前速度矢量確定速度勢(shì)函數(shù)，以利用所述流函數(shù)矢量和所述速度勢(shì)函數(shù)對(duì)當(dāng)前速度矢量進(jìn)行更新，并利用當(dāng)前位移矢量和更新后的當(dāng)前速度矢量對(duì)當(dāng)前氣液相函數(shù)進(jìn)行更新。

18、可選的，所述利用所述流體的表觀運(yùn)動(dòng)粘度和表面張力矢量對(duì)當(dāng)前渦矢量進(jìn)行更新之前，還包括：

19、根據(jù)液體和氣體的動(dòng)力粘度以及當(dāng)前氣液相函數(shù)確定所述流體的表觀動(dòng)力粘度，并根據(jù)液體和氣體的密度以及當(dāng)前氣液相函數(shù)確定所述流體的表觀密度，以基于所述表觀動(dòng)力粘度和所述表觀密度的比值確定所述流體的表觀運(yùn)動(dòng)粘度；

20、根據(jù)當(dāng)前位移矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)確定氣液界面法矢量，并根據(jù)所述氣液界面法矢量和當(dāng)前位移矢量確定曲率系數(shù)，以基于所述氣液界面法矢量、所述曲率系數(shù)、當(dāng)前位移矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)確定所述表面張力矢量。

21、可選的，所述耦合關(guān)系式，包括：

22、；

23、；

24、；

25、；

26、；

27、其中，所述耦合關(guān)系式采用愛因斯坦求和約定，并且表示三個(gè)不同的方向，表示三個(gè)不同的方向，表示三個(gè)不同的方向，均表示渦矢量，表示旋度算子，均表示速度矢量，均表示位移矢量，t表示時(shí)間，表示表觀運(yùn)動(dòng)粘度，表示表面張力矢量，均表示流函數(shù)矢量，表示速度勢(shì)函數(shù)，表示氣液相函數(shù)。

28、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N曝氣池含氧量測(cè)量裝置，包括：

29、第一更新模塊，用于將曝氣池中流體的當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以更新所述流體的當(dāng)前渦矢量、當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)；

30、第二更新模塊，用于基于氧溶質(zhì)在液體和氣體中的擴(kuò)散系數(shù)以及更新后的當(dāng)前氣液相函數(shù)確定所述氧溶質(zhì)的表觀擴(kuò)散系數(shù)，并利用所述表觀擴(kuò)散系數(shù)和更新后的當(dāng)前速度矢量對(duì)當(dāng)前氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行更新；

31、含氧量測(cè)量模塊，用于在基于所述曝氣池預(yù)先確定的立方體計(jì)算域中，根據(jù)更新后的當(dāng)前氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和更新后的當(dāng)前氣液相函數(shù)測(cè)量所述曝氣池的含氧量。

32、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N電子設(shè)備，包括：

33、存儲(chǔ)器，用于保存計(jì)算機(jī)程序；

34、處理器，用于執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)前述的曝氣池含氧量測(cè)量方法。

35、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于保存計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)前述的曝氣池含氧量測(cè)量方法。

36、本申請(qǐng)中，將曝氣池中流體的當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以更新所述流體的當(dāng)前渦矢量、當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)；基于氧溶質(zhì)在液體和氣體中的擴(kuò)散系數(shù)以及更新后的當(dāng)前氣液相函數(shù)確定所述氧溶質(zhì)的表觀擴(kuò)散系數(shù)，并利用所述表觀擴(kuò)散系數(shù)和更新后的當(dāng)前速度矢量對(duì)當(dāng)前氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行更新；在基于所述曝氣池預(yù)先確定的立方體計(jì)算域中，根據(jù)更新后的當(dāng)前氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和更新后的當(dāng)前氣液相函數(shù)測(cè)量所述曝氣池的含氧量。由此可見，本申請(qǐng)通過逐步求解曝氣池中每一個(gè)時(shí)刻的渦矢量、速度矢量、氣液相函數(shù)和氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以用于測(cè)量每一個(gè)時(shí)刻的曝氣池含氧量，從而通過對(duì)曝氣池中的氣液兩相流的過程以及氧溶質(zhì)輸運(yùn)的過程進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)曝氣池含氧量的非接觸測(cè)量，一方面填補(bǔ)了曝氣池含氧量非接觸測(cè)量領(lǐng)域的空白，實(shí)現(xiàn)自主源代碼軟件的自主可控，另一方面提高了曝氣池含氧量的測(cè)量準(zhǔn)確性，通過準(zhǔn)確測(cè)量的曝氣池含氧量為優(yōu)化設(shè)計(jì)曝氣池提供了有力支撐。

技術(shù)特征：

1.一種曝氣池含氧量測(cè)量方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝氣池含氧量測(cè)量方法，其特征在于，所述表觀擴(kuò)散系數(shù)的確定公式，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝氣池含氧量測(cè)量方法，其特征在于，所述利用所述表觀擴(kuò)散系數(shù)和更新后的當(dāng)前速度矢量對(duì)當(dāng)前氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行更新，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝氣池含氧量測(cè)量方法，其特征在于，所述曝氣池的含氧量的測(cè)量公式，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的曝氣池含氧量測(cè)量方法，其特征在于，所述將曝氣池中流體的當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以更新所述流體的當(dāng)前渦矢量、當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的曝氣池含氧量測(cè)量方法，其特征在于，所述利用所述流體的表觀運(yùn)動(dòng)粘度和表面張力矢量對(duì)當(dāng)前渦矢量進(jìn)行更新之前，還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的曝氣池含氧量測(cè)量方法，其特征在于，所述耦合關(guān)系式，包括：

8.一種曝氣池含氧量測(cè)量裝置，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，用于保存計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的曝氣池含氧量測(cè)量方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開了一種曝氣池含氧量測(cè)量方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，涉及含氧量測(cè)量領(lǐng)域，包括：將曝氣池中流體的當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以更新流體的當(dāng)前渦矢量、當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)；基于氧溶質(zhì)在液體和氣體中的擴(kuò)散系數(shù)以及更新后的當(dāng)前氣液相函數(shù)確定氧溶質(zhì)的表觀擴(kuò)散系數(shù)，并結(jié)合更新后的當(dāng)前速度矢量更新當(dāng)前氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；在基于曝氣池預(yù)先確定的立方體計(jì)算域中，根據(jù)更新后的當(dāng)前氧溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和更新后的當(dāng)前氣液相函數(shù)測(cè)量曝氣池的含氧量。本申請(qǐng)通過實(shí)時(shí)仿真氣液兩相流和氧溶質(zhì)輸運(yùn)的過程，自主研發(fā)了對(duì)曝氣池含氧量的非接觸測(cè)量，并為優(yōu)化設(shè)計(jì)曝氣池提供了支撐。

技術(shù)研發(fā)人員：李青,潘翀,李澤鋮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天目山實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6