新型旋流沉砂池固液兩相流數(shù)值模擬研究.pdf

1、沉砂池是污水處理廠(chǎng)中必要的預(yù)處理構(gòu)筑物之一，主要用于去除污水中一定直徑的砂粒，以保證后續(xù)的一級(jí)、二級(jí)預(yù)處理能正常運(yùn)行。旋流沉砂池作為沉砂池的一類(lèi)具有除砂效率高、占地面積小、能耗低等特點(diǎn)，在污水處理工藝中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
　　為了優(yōu)化旋流沉砂池砂粒去除效果、運(yùn)行和結(jié)構(gòu)參數(shù)，以便在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，本課題結(jié)合國(guó)家863項(xiàng)目課題，以新型旋流沉砂池為研究對(duì)象，在小試模型的基礎(chǔ)上，對(duì)旋流沉砂池進(jìn)行數(shù)值模擬研究：基于CFD理論，利用

2、Gambit軟件建立符合新型旋流沉砂池實(shí)際流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的幾何模型與網(wǎng)格劃分策略；根據(jù)沉砂池內(nèi)水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，利用Fluent中的物理模型-RNG k-ε湍流模型與MRF模型模擬出旋流沉砂池內(nèi)部液相流場(chǎng)的分布；并基于液相流場(chǎng)和離散相模型，采用Rosin-Rammler分布函數(shù)來(lái)定義不同砂粒顆粒尺寸的分布，成功的模擬出旋流沉砂池三維流場(chǎng)及砂粒運(yùn)動(dòng)軌跡，并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比，符合較好。
　　在新型旋流沉砂池的數(shù)值模擬中，基于其內(nèi)部三維液相流

3、場(chǎng)分布、砂粒去除效率及砂粒運(yùn)動(dòng)軌跡等的表征，對(duì)影響旋流沉砂池運(yùn)行的相關(guān)因素：①進(jìn)水水力條件；②攪拌槳葉片數(shù)量；③攪拌槳轉(zhuǎn)速；④攪拌槳葉片距池底的距離；⑤攪拌槳半徑；⑥攪拌槳傾角進(jìn)行單因素和正交實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：(1)旋流沉砂池的運(yùn)行主要基于強(qiáng)制渦旋機(jī)理，在壓力場(chǎng)方面，壓強(qiáng)差將影響砂粒的運(yùn)動(dòng)；在速度場(chǎng)方面，池體內(nèi)主要存在兩種流態(tài)：水平環(huán)流和軸向環(huán)流。(2)當(dāng)攪拌槳旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向不同時(shí)，形成的軸向環(huán)流流場(chǎng)有較大差異，其中順時(shí)針旋轉(zhuǎn)有助于砂粒的沉

4、降與去除。(3)由進(jìn)水流速與攪拌槳轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知，在其他影響因素一定的條件下，進(jìn)水流速是砂粒沉降與去除的關(guān)鍵因素，而一定的攪拌槳轉(zhuǎn)速將影響砂粒運(yùn)行與去除的后續(xù)階段。(4)由攪拌槳傾角變化可知，30°和60°傾角對(duì)砂粒的去除效果相似，基于二者對(duì)影響旋流沉砂池的相關(guān)因素進(jìn)行單因素和正交實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，以此得出旋流沉砂池最佳的砂粒去除效果：①結(jié)合各影響因素對(duì)砂粒去除效果的變化曲線(xiàn)，以60°傾角作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象；②影響砂粒去除效