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研究生: 張家輝
Chang, Chia-Hui
論文名稱: 水產養殖曝氧機之設計與驗証
Aerator Design and Test
指導教授: 周榮華
Chou, Jung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系碩士在職專班
Department of Engineering Science (on the job class)
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 78
中文關鍵詞: 文氏管原理離心力原理曝氣溶氧標準曝氣效率水產養殖
外文關鍵詞: Venturi tube, centrifugal force, Dissolved oxygenStandard Aeration Efficiency, aquafarm
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  • 摘要
    曝氣溶氧是水產養殖業提供水中生物氧氣最重要的方法。本實驗利用伯努利定理(Bernoulli Principle)之文氏管原理(Venturi tube)及離心力原理(centrifugal force),設計出兩歀(Ⅰ型、Ⅱ型)高溶氧曝氣機。
    首先根據理論提出不同的設計方案,經實驗驗証及修正共設計出兩歀4種不同的曝氣機,分別為Ⅰ型-A、Ⅰ型-B、Ⅰ型-C曝氣機及Ⅱ型曝氣機。實驗程序首先對原始設計及誤差實施修正以得較好的設計方案,然後進行設備規格化以明確訂定設備的適用性及範疇。
    經實驗規格化証實,Ⅰ型-A曝氣機標準曝氣效率(SAE)為8.78(kgO₂/ (hr•kw))、Ⅰ型-B曝氣機標準曝氣效率為14.77(kgO₂/ (hr•kw))、Ⅰ型-C曝氣機標準曝氣效率為5.21(kgO₂/ (hr•kw))及Ⅱ型曝氣機標準曝氣效率為32.93(kgO₂/ (hr•kw)),均優於目前最常使用的曝氣水車PWA(其SAE為0. 91kgO₂/ (hr•kw))。本設備可以提供一個高溶氧曝氣環境,不僅對有機物呼吸的新陳代謝有高效率的助益,亦可改善水質環境及節省耗電成本。

    Abstract
    Dissolved oxygen(DO) of aeration which provides oxygen for fish is the most important oxygen-providing method for aquafarm .This research makes use of Venturi tube (Bernoulli Principle) and centrifugal force to design two kinds of high DO aerators which are referred to as typeⅠ-A, typeⅠ-B, typeⅠ-C and type Ⅱ.
    This design process includes prototype design, validation, improvement and finally standardization of the aerators.
    After improvements ,the test results show that the Standard Aeration Efficiency (SAE) of typeⅠ-A,Ⅰ-B,Ⅰ-C and Ⅱ are 8.78(kgO₂/ (hr•kw)), 14.77(kgO₂/ (hr•kw)), 5.21(kgO₂/ (hr•kw)), and 32.94 (kgO₂/ (hr•kw)) respectively. All of the SAEs are better than that of the Paddle Wheel Aerator (PWA) commonly used by fishery and has SAE of 0.91(kgO₂/ (hr•kw)).
    These kinds of aerators do not only clearly provide high DO for the aquafarm environment, but also consume less energy for electricity and less cost for manufacturing.

    目錄 頁次 中文摘要 --------------------------------------- Ⅰ 英文摘要 --------------------------------------- Ⅱ 誌謝 --------------------------------------- Ⅲ 圖目錄 -----------------------------------------Ⅶ 表目錄 ----------------------------------------Ⅸ 符號說明---------------------------------------- Ⅹ 第一章 前言----------------------------------------1 1-1 研究動機---------------------------------------1 1-2 研究目的與內容---------------------------------1 第二章文獻回顧-------------------------------------3 2-1 曝氣溶氧相關理論-------------------------------3 2-1-1 溶氧DO 與曝氣--------------------------------3 2-1-2 氣體吸收質傳理論-----------------------------4 2-1-3曝氣方程式------------------------------------13 2-1-4 總體氧氣質傳係數KL a -------------------------14 2-1-5 標準氧氣傳送速率SOTR------------------------17 2-1-6 標準曝氣效率SAE-----------------------------17 2-2曝氣設備簡介------------------------------------18 第三章 研究方法------------------------------------22 3-1 曝氣機設計簡介---------------------------------22 3-1-1 Ⅰ型 曝氣機設計簡介--------------------------22 3-1-2 Ⅱ型曝氣機設計簡介---------------------------27 3-2實驗設備簡介------------------------------------29 3-3 Ⅰ型機規格化實驗-------------------------------31 3-4 Ⅱ型機規格化實驗-------------------------------34 3-5 PWA溶氧效率驗証------------------------------37 第四章 結果與討論----------------------------------38 4-1 Ⅰ型機驗証結果與討論---------------------------38 4-1-1 Ⅰ型機設備可行性驗証-------------------------38 4-1-2 空氣吸入孔驗証與修正------------------------39 4-1-3 Ⅰ型機設備規格化-----------------------------46 4-2 Ⅱ型機驗証結果與討論---------------------------55 4-2-1 Ⅱ型機設備可行性驗証------------------------55 4-2-2 Ⅱ型機空氣離心套件驗証與修正---------------- 56 4-2-3 Ⅱ型機設備規格化---------------------------60 4-3 PWA溶氧效率驗証結果與討論---------------------64 4-4 Ⅰ型、Ⅱ型曝氣機與PWA性能與成本比較------------67 第五章 結論與未來工作------------------------------70 5-1 結論-------------------------------------------70 5-2 未來工作---------------------------------------71 參考文獻-------------------------------------------72 附錄-----------------------------------------------76 附錄A、裝置規格化試驗資料-微細氣泡放大影像--------- 76 附錄B、增氧試驗計算記錄----------------------------77 附錄C 在不同溫度與壓力下的水中氣體吸收係數關係---- 78 圖目錄 圖2-1 雙膜理論-----------------------------------5 圖2-2 溶質滲透理論-------------------------------6 圖2-3 溶質於流體小元素的擴散過程----------------- 6 圖2-4 槳式水車曝氣機-----------------------------21 圖2-5 水底葉輪式曝氣機---------------------------21 圖2-6 噴水式曝氣機-------------------------------21 圖2-7 渦輪旋轉高壓空氣注入式曝氣機--------------- 21 圖2-8 文氏管吸氣曝氣機---------------------------21 圖2-9 湧升式曝氣機-------------------------------21 圖3-1 Ⅰ型-A曝氣機實體圖--------------------------23 圖3-2 Ⅰ型-B曝氣機實體圖--------------------------24 圖3-3 Ⅰ型-C 曝氣機實體圖-------------------------25 圖3-4 Ⅰ型曝氣機球形閥文氏管原理------------------26 圖3-5 Ⅱ型曝氣機實體圖----------------------------27 圖3-6 Ⅱ型 曝氣機設計原理圖----------------------28 圖4-1 Ⅰ型機 組裝及運用試驗-----------------------38 圖4-2 Ⅰ型-A不同空氣吸入孔與溶氧速率趨線圖-------- 39 圖4-3 Ⅰ型-B 不同空氣吸入孔與溶氧速率趨線圖------- 43 圖4-4 Ⅰ型-A曝氣前、後魚池飽和溶氧量及時間關係圖-- 47 圖4-5 Ⅰ型-A曝氣後不同距離的增氧量與飽和時間關係圖 47 圖4-6 Ⅰ型-B曝氣前、後魚池飽和溶氧量及時間關係圖-- 50 圖4-7 Ⅰ型-B曝氣後不同距離的增氧量與飽和時間關係圖 50 圖4-8 Ⅰ型-B曝氣前、後魚池飽和溶氧量及時間關係圖-- 53 圖4-9 Ⅰ型-B曝氣後不同距離的增氧量與飽和時間關係圖 53 圖4-10 Ⅱ型機 組裝及運用試驗----------------------55 圖4-11 Ⅱ型機曝氣後不同距離的增氧量與飽和時間關係圖 61 圖4-12 Ⅱ型機曝氣前、後魚池飽和溶氧量及時間關係圖-- 62 圖4-13 PWA曝氣後不同距離的增氧量與飽和時間關係圖-- 65 圖4-14 PWA曝氣前、後魚池飽和溶氧量及時間關係圖----- 65 圖4-15 Ⅰ、Ⅱ型機與PWA曝氣後不同距離的增氧量與飽和 時間關係圖--------------------------------- 68 表目錄 表2-1 溶氧量(DO) vs 魚類生活的影響-----------------3 表3-1 Ⅰ型-A 規格及功能簡介------------------------23 表3-2 Ⅰ型-B規格及功能簡介-------------------------24 表3-3 Ⅰ型-C規格及功能簡介-------------------------25 表3-4 Ⅱ型曝氣機規格及功能簡介--------------------- 28 表3-5 實驗設備規格簡介-----------------------------29 表3-6 Ⅰ型機實驗流程-------------------------------31 表3-7 Ⅱ型機實驗流程表----------------------------34 表4-1 Ⅰ型-A 不同空氣吸入孔設計的(KL a)20實驗數據----42 表4-2 Ⅰ型-B 不同空氣吸入孔設計的(KL a)20實驗數據----45 表4-3 Ⅰ型-A規格化數據-----------------------------48 表4-4 Ⅰ型-B規格化數據-----------------------------51 表4-5 Ⅰ型-C規格化數據-----------------------------54 表4-6 不同空氣離心套件 vs 產生氣泡最小轉速-------- 57 表4-7 倒T型空氣離心管套件修正與驗証-------------- 59 表4-8 Ⅱ型曝氣機規格化數據------------------------63 表4-9 PWA溶氧效率數據----------------------------66 表4-10 Ⅰ型、Ⅱ型曝氣機與PWA性能與成本比較表------ 69

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    下載圖示 校內:2012-08-03公開
    校外:2014-08-03公開
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