溫度分層及水深對揚水曝氣器流場影響的CFD模擬.pdf

1、揚水曝氣是為解決大水深水庫水體富營養(yǎng)化、底泥內(nèi)源污染物釋放等問題而開發(fā)的新型水質(zhì)原位修復改善技術(shù)。揚水曝氣器通過間歇性的氣彈向水體充氧提高底部溶解氧改變下層水體的厭氧狀態(tài)，控制底泥中的氮、磷、鐵、錳、有機物向水體釋放。通過曝氣造成水體上下層之間混合，破壞大水深水體的溫度分層現(xiàn)象，并可使表層藻類向下遷移至無光區(qū)域，從而抑制藻類的生長，最終致其死亡。
　　 計算流體力學(CFD)技術(shù)利用離散化的數(shù)值方法和計算機，通過求解描述流體運動

2、的質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程，對復雜的流體流動進行數(shù)值模擬和系統(tǒng)分析。通過CFD數(shù)值模擬，可以方便地得到復雜流場內(nèi)不同位置、不同時刻的基本物理量(如溫度、速度、壓力、濃度等)的數(shù)值和變化情況。
　　 本論文中采用目前功能最全面、使用最廣泛的CFD軟件-Fluent進行模擬計算。
　　 本論文通過使用Flljel lt軟件模擬大水深水庫溫度分層、水深對揚水曝氣器外圍流場的影響，得到以下主要結(jié)論：
　　

3、 (1)溫度分層對于揚水曝氣器穩(wěn)定工作后形成除藻區(qū)域所占比例影響不大，無論夏季還是冬季工況，除藻區(qū)域所占比例基本穩(wěn)定在75％左右。水庫表層與底部溫差大時，流場中漩渦的形成所需時間會比較長。當水庫表層與底部溫差相同時，斜溫層的位置越深，流場中漩渦中心就越靠近水庫底部。
　　 (2)在同樣的作用半徑、氣彈周期和出口流速條件下，揚水曝氣器工作時在太水深時形成穩(wěn)定流場所需時間會大大增大，但在穩(wěn)定的流場中除藻區(qū)域分布形式大致相同，除藻區(qū)域

4、所占比例也基本相同。
　　 (3)利用Fluent的繪制質(zhì)點跡線功能，可分析藻類在揚水曝氣器穩(wěn)定工作形成的流場中流動情況。藻類隨漩渦流動，其在無光的衰亡區(qū)域流行時間遠大于在生產(chǎn)區(qū)域的流行時間，經(jīng)多次循環(huán)，藻類不斷消耗自身的有機質(zhì)，最終死亡。模擬結(jié)果表明揚水曝氣器對藻類生長有抑制作用。
　　 (4)水深增大，藻類在無光的衰亡區(qū)域流行時間會增大，揚水曝氣器的除藻效率會提高。但同時曝氣器出口流動對流場的攪動作用就會相應(yīng)降低，而