基于FLUENT模擬的兩相一體式污泥濃縮消化反應器(TISTD)流態(tài)及其優(yōu)化研究.pdf

1、污泥處理在城市污水處理中的重要性已日益突出，課題組針對污泥厭氧處理的具體問題，進行了污泥濃縮消化一體化反應器的開發(fā)研究，已開發(fā)設計了兩相一體式污泥濃縮消化反應器(TISTD)。根據(jù)反應器理論，反應器處理效果與反應器的流態(tài)特性有重要的相關作用，因此，本論文運用商用CFD軟件FLUENT對該TISTD反應器的流場進行了三維數(shù)值模擬，以便為反應器下一步的設計改進提供參考依據(jù)。
　　 在對TISTD反應器的流場進行模擬前，建立了反應器的

2、計算模型：1)物理模型：流場簡化為氣液兩相流；視為恒溫場；對反應器構造進行簡化。2)網格劃分：采用四面體非結構化網格，并對局部進行加密。3)計算模型：湍流模型采用RNGk-ε模型，多相流模型采用混合物模型。4)邊界條件：TISTD反應器所有進口定義為速度入口，所有出口定義為壓力出口，內部過水孔定義為內部界面，反應器隔板定義為固體壁面，認為壁面靜止，且和周邊沒有物質和能量的交換。5)初始條件：設定操作壓力為大氣壓，湍流強度為1％，水力直徑

3、為管口直徑。
　　 論文運用FLUENT對TISTD反應器的流場進行了模擬，從模擬結果中發(fā)現(xiàn)：
　　 1)從外反應室進入內反應室的污泥形成了短流，即進入外反應室的污泥大部分沒有經過濃縮，直接進入了內反應室。2)內反應室內的理想流態(tài)是形成上下兩個循環(huán)，但從模擬的流態(tài)圖中看出，在內反應室下部并沒有形成循環(huán)。
　　 針對TISTD反應器流態(tài)中出現(xiàn)的問題提出了改進建議：1)關于進泥短流可以通過以下方法進行調整。a.改變進

4、泥管的位置，使進泥管與內外反應室連通口的距離增加。b.在內外反應室隔板上部開設連通孔，使部分污泥可以通過上部的連通孔進入內反應室。c.通過調整上下連通孔的尺寸，使進泥既不會形成短流，又能在外反應室進行初步濃縮。2)關于內反應室內形成循環(huán)的問題，可以通過以下方法進行調整。a.由于氣管分割成上下兩部分的設計并不能發(fā)揮它的作用，因此將氣管調整成為一個整體。b.通過調整氣管出口高度，使內反應室內形成較好的內循環(huán)。c.通過調整氣管的尺寸，在保持回

5、流氣量不變的情況下，改變循環(huán)沼氣的速度，從而使內反應室內形成更好的循環(huán)。
　　 論文最后設計了正交試驗，對上、下連通口的尺寸，進泥管的高度，氣管直徑，氣管出口高度等一些具體參數(shù)的組合情況進行了模擬，通過考核等值面y=0上的速度矢量圖，等值面x=-150，x=150，x=-50，x=50上的流速方差的加權平均值，等值面上的總動能，等值面上的平均湍流強度，得出以下結論：1)試驗4(上連通口尺寸70×60mm；進泥管高度250mm；下

6、連通口尺寸40×30mm；氣管直徑40mm；氣管出口高度450mm)、試驗6(上連通口尺寸60×50mm；進泥管高度100mm；下連通口尺寸60×50mm；氣管直徑50mm；氣管出口高度450mm)、試驗11(上連通口尺寸50×40mm；進泥管高度400mm；下連通口尺寸70×60mm；氣管直徑30mm；氣管出口高度450mm)和試驗13(上連通口尺寸40×30mm；進泥管高度500mm；下連通口尺寸50×40mm；氣管直徑20mm；氣

7、管出口高度450mm)這四種情況的流場分布比較好。2)因素E即氣管出口高度對指標值的影響是最大的，其次是上、下連通口的尺寸及氣管直徑。3)TISTD反應器細部結構在最佳組合狀態(tài)下的比例參數(shù)：上連通口的過水面積與內反應室的表面積之比為0.033，下連通口的過水面積與內反應室的表面積之比為0.016～0.024；進泥管到上連通口的距離與進泥管到下連通口的距離之比為0.78～0.80；氣管直徑與外反應室直徑之比為0.1，氣管直徑與內反應室直徑