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表面曝氣機是污水處理系統的關鍵設備。最早應用于荷蘭ＤＨＶ公司由Ｐａｓｖｅｅｒ博士1967年發明的Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ氧化溝。國外大多數公司如ＥＩＭＣＯ、ＳｐａｎｓＢａｂｃｏｃｋｂｖ和Ｌａｎｄｕｓ-ｔｒｉｅ公司生產的倒傘型表曝機的葉輪都采用大角度倒錐、寬葉片直輻射布置，整機結構型式基本上是一致的，葉輪焊接結構略有不同，而葉輪的水力幾何參數，圓錐體的錐角、葉片都很相近。目前國內外用得最多的是美國ＥＩＭＣＯ公司的ＯＸＹＲＡＴＯＲ倒傘型表曝機，其次是荷蘭Ｓｐａａｎｓ-Ｂ型，大型表曝機葉輪直徑基本都是 3500ｍｍ、 3750ｍｍ，功率是90ｋＷ、110ｋＷ和132ｋＷ最多，少數用160ｋＷ。
由于技術落后和國外的技術封鎖，目前，我國大功率倒傘表曝機仍然主要依賴進口。據不完全統計，自1996年至2002年，我國建造的16座卡魯塞爾2000型氧化溝污水處理廠，使用ＥＩＭＣＯ公司的ＯＸＹＲＡＴＯＲ型葉輪直徑 3500ｍｍ至 3750ｍｍ，功率90ｋＷ至160ｋＷ的表曝機共118臺。究其原因，主要是有關表面曝氣機攪拌、推流、充氧等理論匱乏、研究滯后，限制了我國有關產品的改良和發展的步伐，同時也阻礙了民族工業的發展壯大。所以開展表面曝氣機推流攪拌和充氧方面的理論研究，開發出性能優良、能耗較小、價格低廉的產品意義深遠。
研究通過有限元分析的方法，從研究攪拌葉片的應力和應變入手，來優化攪拌葉片的流線和厚度，進而提高曝氣機的充氧動力效率，為曝氣機的優化設計另辟了一條蹊徑。
倒傘型曝氣機的主要參數如下：8個弧形葉片，葉輪直徑3500ｍｍ，8個連接板，電機功率132ｋＷ。其結構示意圖如圖所示。
曝氣機具有充氧、推流和攪拌性能，反映這些性能的主要指標是充氧動力效率和底部流速。其中最主要性能指標是充氧動力效率ＯＥ(ｋｇＯ2/ｋＷ·ｈ)：
其中，ＯＲ是在室溫和一個標準大氣壓下的氧氣傳輸速率(ｍｇ/Ｌ/ｈ)，Ｃ＊Ｏ2是試驗時的氧氣飽和濃度，這里假設為常數。ＫＬａ(20)為標準條件下的氧氣傳輸體積系數(ｍ3/ｈ)。
速度與葉片的流線、厚度關系密切，而且葉片的流線也是影響攪拌功率的一個主要因素。因此為了更好的研究葉片的流線和外形，從葉片的應力應變研究入手，對葉片的形狀和厚度進行優化設計。
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