随着科学技术的发展及人口的增加,人类社会对水资源的压力不断增大,大规模水体污染事件频繁发生,污水治理成为世界各国重点关注的问题。　　 潜水自引气曝气机是一种应用于污水处理系统中节能、环保的新型机械曝气设备。目前国产的潜水自引气曝气机的曝气深度较浅、效率低、耗电率和制造成本高。开发一种高效、低耗、下潜深度深、动力效率高的潜水自引气曝气机将具有重要的理论意义和广阔的市场前景。　　 本课题以自主设计的高效潜水自引气曝气机为研究对象,通过理论分析、数值模拟与试验研究相结合的方法,分别研究不同叶片数及相同叶片数不同叶片出口安放角对曝气机性能的影响,为其优化设计提供参考和验证依据。主要内容如下:　　 1.分析总结泵叶轮和风机叶轮的设计理论,初步推导出设计曝气机转轮各几何参数的计算公式,结合给定的曝气机参数,设计潜水自引气曝气机开放式齿形转轮(叶片数为4枚);分析总结压缩机和泵径向导叶的设计理论,初步推导设计曝气机混气导叶的计算公式,设计潜水自引气曝气机混气导叶;搭建测试平台,对所设计的潜水自引气曝气机的相关性能进行测试。　　 2.通过UG软件完成潜水自引气曝气机过流部件(叶片数为4枚)的三维造型,以商业软件ANSYS-CFX为主要分析工具,采用试验所获得的数据作为边界条件,利用多相流湍流模型对过流部件进行数值模拟;对模拟结果进行分析,并与试验结果进行对比,通过对比分析,证明了所采用的数学模型可以模拟出曝气机内流场变化情况,为曝气机的优化设计提供快速、方便、经济的验证依据。　　 3.根据试验和数值模拟结果,对初步推导的开放式齿形转轮的计算公式和经验系数进行修正;根据修J下后的公式和系数设计3组模型,每组模型的叶片数均为5枚,叶片安放角分别为90°、100°和109°;分别对各组模型进行数值模拟,通过对模拟结果的分析,结合叶片数为4枚时的模拟结果,可以得出:5枚叶片数的开放式齿形转轮曝气性能优于4枚叶片数,叶片安放角β对开放式齿形转轮的曝气性能具有重要的影响,叶片安放角越大,曝气性能越好。　　 4.根据模拟结果,在4组模型中选择两组性能最优的模型进行试验验证,结果进一步证实利用数值模拟实现对高效潜水自引气曝气机的优化设计与性能预测是可行的,优化后的高效潜水自引气曝气机,曝气深度可大于8m,在曝气深度为8m时,曝气量达到578m3/h,动力效率达到4.69kgo2/kW.h,填补国内空白。