基于Fluent的渦旋澄清反應(yīng)器絮凝區(qū)數(shù)值模擬及試驗分析.pdf

1、伴隨人類文明的進步，人口的增長以及工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，水資源危機越來越突出。現(xiàn)有常規(guī)水處理工藝已遠遠不能改善缺水的現(xiàn)狀，探索新型高效的水處理設(shè)備已勢在必行。華東交通大學(xué)正在研制的渦旋澄清反應(yīng)器即是技術(shù)上的升級，該技術(shù)對保證供水水質(zhì)安全以及推動渦旋澄清反應(yīng)器的發(fā)展具有很重要的現(xiàn)實意義。
　　本課題研究對象即為渦旋澄清技術(shù)，其原理是將渦流反應(yīng)器放到渦旋澄清反應(yīng)器中形成大量渦旋，形成的渦旋能加速微粒的擴散，同時增加脫穩(wěn)膠粒的碰撞幾率，提高

2、混凝效率。研究工具采用Fluent軟件，一方面探討絮凝效果的影響因素；另一方面與試驗相結(jié)合，試圖建立模擬得到的相關(guān)參數(shù)與試驗數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，以便于通過模擬來指導(dǎo)試驗與生產(chǎn)。
　　本文研究的主要內(nèi)容包括：
　　（1）分析試驗裝置并查閱相關(guān)文獻，確定模擬的紊流模型和數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)實際模型和數(shù)學(xué)模型計算模擬的相關(guān)參數(shù)。
　?。?）根據(jù)實際運行結(jié)果簡化模型。分析不同流量下渦旋澄清反應(yīng)器里的速度場、湍動能、能耗以及G'值的分

3、布對流場中渦旋大小、絮體形成以及碰撞情況的影響。
　?。?）將網(wǎng)格絮凝裝置與渦旋澄清反應(yīng)器模擬結(jié)果對比，分析兩者之間的流場區(qū)別。
　?。?）在不同流量下，針對實際的渦旋澄清反應(yīng)器模型進行試驗，測定不同流量下出水的濁度、Zeta電位以及絮體粒徑。
　?。?）分析模擬結(jié)果與試驗結(jié)果，得出相關(guān)結(jié)論。
　　主要研究成果如下：
　?。?）模擬的統(tǒng)計結(jié)果如下：網(wǎng)格絮凝池平均湍動能為1.97×10-5，平均能耗為8.78

4、×10-6，平均G'為2.02；渦旋澄清反應(yīng)器平均湍動能為3.25×10-5，平均能耗為1.58×10-5，平均G'為3.07。試驗的結(jié)果如下：網(wǎng)格絮凝池的最低出水濁度能到0.315NTU，濁度去除率最大為92.52％；而渦旋澄清反應(yīng)器的最低出水濁度為0.251NTU，濁度去除率最大為93.91%。渦旋澄清反應(yīng)器與網(wǎng)格絮凝裝置相比，有著某些方面的獨特優(yōu)勢，其對于微渦旋的形成以及對微渦旋數(shù)目上的貢獻更有效。
　　（2）研究發(fā)現(xiàn)在阻礙

5、水流作用上，相比于35mm開孔渦流反應(yīng)器，25mm開孔的渦流反應(yīng)器作用更強，前者平均湍動能為1.49×10-5，平均能耗為6.62×10-6，平均G'為2.03而后者平均湍動能為1.78×10-5，平均能耗為8.40×10-6，平均G'為2.36。
　?。?）模擬過程中，流量與整個裝置的平均湍動能、有效能耗、G，值呈現(xiàn)近似的正相關(guān)關(guān)系。
　　（4）湍動能、有效能耗、G，值在一定范圍內(nèi)都能夠作為絮凝效果好壞的評判因子。在此范圍

6、內(nèi)，當(dāng)湍動能、有效能耗等增大時，出水濁度下降，絮體粒徑增大，Zeta電位向著絮體快速凝結(jié)的方向發(fā)展。此時的絮體密實，碰撞幾率高。
　?。?）模擬的結(jié)果與試驗的結(jié)果保持一致性，說明模擬對于試驗或?qū)嶋H情況的指導(dǎo)是可行的。
　　綜上所述，渦旋澄清技術(shù)作為一項水處理新技術(shù)，有其獨特優(yōu)勢，在多項實際工程中也取得了良好的經(jīng)濟和社會效益，但是對于渦流反應(yīng)器的渦旋絮凝機理的研究還不夠深入。為使渦流反應(yīng)器能大力推廣使用，后續(xù)研究者還需要不懈的