氧化沟污水处理技术是我国污水处理的主要手段,而曝气机是氧化沟工艺的关键设备,倒伞曝气机是目前使用最多的氧化沟曝气设备。目前氧化沟污水处理工艺还存在着充氧效率过低的问题。本文根据课题组前期研究成果,对一种新型曲面叶片曝气机影响下的氧化沟流场进行了仿真分析,同时对不同运行参数下的曝气机充氧性能进行了实验,并对叶片进行了结构上的优化设计,提高曝气机的充氧效率。本文通过对叶片进行CFD仿真分析与高速摄像观察,分析了曝气机的充氧原理。叶片在旋转时会将液体向斜上方甩出形成水跃,水跃的液体在落入液面时会形成气泡,同时叶片推流的液体在撞击壁面后也会产生大量气泡。叶片的后方会因为高速旋转产生的负压形成气囊,气囊侧面气液交界面处的两相相对速度极高,此处是整个氧化沟流场中湍动能最强的地方,气液两相间的膜较薄,加速了氧的转移,同时交界面上会有大量的涡旋把气囊中的空气卷入到水中形成气泡。氧化沟每个流道中不同深度的流速差距很大,液体高流速区大多在氧化沟的上层与壁面附近,氧化沟下层液体流速偏低,会向距离所在流道最近的叶片下方流动。在高速区与低速区液体流动方向相反时,就会在流道中形成环流,使上层高溶解氧液体与下层液体交换,加速了氧在氧化沟中的扩散。对不同浸没深度与转速下的曝气机充氧性能进行了实验。得出转速的增加会使氧总转移系数上升,但转速增加到一定大小后氧总转移系数增加的速度会低于功率增加的速度,使标准动力效率降低。不同转速的最佳浸没深度不同,随着转速的增大,最佳浸没深度也随之增加。最后通过MATLAB对实验数据拟合得到最佳的运动参数为:浸没深度10mm、转速420r/min,此时标准动力效率最高,为44.1273mg/（min·w）。对叶片的侧面与底面开设凹槽结构,侧面凹槽会使叶片侧面湍动能增加,气囊侧面产生的气泡变多,曝气机的标准动力效率增加。底面凹槽深度过大会影响曝气机的推流能力,但把凹槽深度控制在一定范围内时,会提高曝气机的动力效率。通过对实验得到的数据拟合得出,当两种凹槽深度为:侧面凹槽2.1mm、底部凹槽1.6mm时,凹槽叶片曝气机的标准动力效率最高,为51.1278mg/（min·w）,相比原始弯曲叶片曝气机的标准动力效率提升了16.93%。