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为解决陶瓷盘微纳曝气装置应用中的问题，研究人员运用欧拉双流体模型和群体平衡模型（PBM）模拟气液两相流。结果表明，不同曝气率、气泡直径和陶瓷膜转速影响两相流场特性，该研究为优化装置性能提供依据。
在水产养殖业蓬勃发展的当下，养殖废水的处理成为关键难题。传统的养殖废水处理方式效果不佳，难以满足日益严格的环保要求。而气体浮选装置在净化养殖尾水中发挥着重要作用，其中陶瓷盘微纳曝气装置凭借耐腐蚀、运行稳定等优势逐渐受到关注。它能产生微气泡，增大气水接触面积，提升氧转移效率，有效去除养殖尾水中的有机物、氮、磷等污染物。
然而，这款看似优秀的装置在实际应用中却存在不少问题。一方面，对气泡大小缺乏精准控制，导致曝气效果参差不齐；另一方面，曝气均匀性也有待提高。这些问题严重制约了装置性能的发挥，使得养殖废水净化效率难以达到理想状态。为了突破这些瓶颈，深入研究陶瓷盘微纳曝气装置的气液两相流过程迫在眉睫。只有弄清楚气泡的产生、运动和破裂等过程，才能为优化装置设计和运行提供坚实的理论基础，进而推动气浮技术在养殖尾水处理领域的广泛应用。
在此背景下，国内研究人员开展了针对旋转盘式陶瓷膜曝气过程的研究。他们建立了旋转盘式陶瓷膜曝气装置的三维结构模型，并基于计算流体动力学 - 群体平衡模型（CFD - PBM）方法构建了三维两相数值计算模型。通过该模型，研究人员深入探究了曝气率、初始气泡直径和陶瓷膜转速等参数对气液两相流场特性的影响规律，同时细致分析了气泡运动过程及其与液相的耦合机制。
研究人员在研究过程中用到了多种关键技术方法。首先是数值模拟技术，借助欧拉双流体模型和群体平衡模型（PBM），对曝气装置反应区内的气液两相流进行模拟。在模拟过程中，以气泡聚并模型和他人模拟结果数据为依据，通过对比不同高度的平均气泡直径与实验数据，验证了数值模拟的有效性。
下面来看具体的研究结果：
- 曝气对气液两相流的影响：曝气率是影响气浮效率的关键因素。研究人员在模拟时设置了 4m3/h、6m3/h、8m3/h 和 10m3/h 这几种不同的曝气率。结果发现，在曝气池顶部区域，随着曝气率增加，水流速度和湍动耗散率相对较低，这种情况有利于提高浮选效率。但当曝气率达到 10m3/h 时，速度和湍动耗散率显著下降。这表明，曝气率并非越高越好，而是存在一个合适的范围，过高或过低都会影响气浮效果。
- 气泡直径对气液两相流的影响：当气泡直径为 20μm 时，曝气池内部的速度不均匀指数最低。而当气泡直径增大到 100μm 时，陶瓷盘附近的水流速度和湍动耗散率达到最小值。这说明气泡直径的变化会对气液两相流场产生明显影响，合适的气泡直径对于优化流场特性至关重要。
- 陶瓷膜转速对气液两相流的影响：随着陶瓷膜转速从 30r/min 提升到 60r/min，流场速度和湍动耗散率逐渐降低，与此同时，陶瓷膜附近的气体含量显著增加。这一结果表明，陶瓷膜转速的改变同样会对气液两相流场产生重要影响，在实际应用中需要合理调整转速以达到最佳处理效果。
综合上述研究结果，该研究建立了旋转盘式陶瓷膜曝气池的三维两相内部流场模型，系统地揭示了操作参数对气液两相流场特性的影响规律。研究发现，在曝气池反应区，当高度超过 0.7m 时，提高曝气率会使液相速度下降，而湍流情况会发生相应变化；不同的气泡直径和陶瓷膜转速也会对气液两相流场产生不同程度的影响。
这项研究具有重要意义。它为旋转盘式陶瓷膜曝气装置的优化设计和运行提供了理论依据，有助于提高陶瓷膜微纳曝气技术在养殖废水净化中的应用效果。通过合理调整曝气率、气泡直径和陶瓷膜转速等参数，可以有效提升养殖废水的净化效率，为水产养殖业的可持续发展提供有力支持。该研究成果发表在《Aquacultural Engineering》，为相关领域的研究和实践提供了重要的参考。
