氧化沟是活性污水污泥处理中最常见的一种处理工艺形式,而在氧化沟处理工艺中最关键的机械设备是表面曝气机。其能决定着氧化沟工艺处理污水的效率。表面曝气机因其具有结构简单、容易拆解更换磨损件、方便维修及成本低等优点,在污水处理工业中被广泛的应用。经过大量的调查,发现国内在氧化沟处理污水工艺中采用的表面曝气机还是以倒伞型表面曝气机居多,倒伞型表面曝气机的叶轮采用大角锥度、宽叶片直辐射布置,叶片的型面呈长方形。该曝气设备具有动力效率低,能耗高,流体流速不均匀等特点。本文基于课题组研究成果的基础上,通过对NACA系列翼型的几何参数和气动性能的分析,创新性地提出了以非等变角对数螺旋曲线为母线、NACA0012翼型为型面应用于翼型曝气机叶片。本文采用理论分析、数值模拟和缩比模型试验来分析该翼型叶片的运行机理及曝气性能。使用CFD数值模拟技术对非等变角对数螺旋曲线翼型叶片曝气机进行流场仿真分析。验证了液面处形成水跃射流的过程,在叶片背面形成负压区对流体的卷吸提升作用及在流体中形成的环流。氧化池内流体的流速随着距离液面增大而逐渐减小,液面下方的流体在叶片推流作用形成的环流及提升力的作用下,不断更新叶片处液体。提高了曝气效果。在叶片正下方池底和池底与壁面交界处流体速度最低,容易形成污泥沉积,影响曝气效果。使用3D打印熔融沉积快速成型技术打印了两种叶片数的非等变角对数螺旋曲线翼型曝气机叶片。采用佛劳德相似准则制作缩比模型试验台,使用流速仪和溶氧仪展开对翼型曝气机叶片的性能数据的测量。通过对数据的分析,非等变角对数螺旋曲线翼型叶片表面曝气机的标准充氧能力和氧总转移系数随着叶片数的增加而明显增强。在同一转速、同一浸没深度下,翼型曝气机的叶片数对翼型曝气机的标准动力效率影响较小,但在转速低于140r/min时,宜选用叶片数少的翼型曝气机。