二沉地水流及懸浮物分布的CFD模擬.pdf

1、目前二沉池的設(shè)計(jì)主要是基于理想沉淀池的假設(shè)，為了更加精確地確定二沉池的尺寸和沉淀效率，為二沉池的設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行管理提供較為準(zhǔn)確的依據(jù)，對(duì)二沉池內(nèi)的流態(tài)和懸浮物濃度分布進(jìn)行深入研究是十分必要的。 本文首先提出了基于κ-ε湍流模型的三維非穩(wěn)態(tài)擬單相流模型，該模型充分考慮了固液兩相間相互作用的影響，即計(jì)入了相間曳力、橫向升力、虛擬質(zhì)量力和分散相體積分?jǐn)?shù)以及分散相與連續(xù)相間密度差的影響；并利用了三維穩(wěn)態(tài)Euler兩相流模型對(duì)輻流式二沉池

2、內(nèi)流體進(jìn)行模擬。其次，采用體平均概念、雷諾時(shí)均化方法結(jié)合二沉池固液相互作用的實(shí)際情況首次推導(dǎo)了考慮速度、濃度脈動(dòng)項(xiàng)和固液相含率影響的二沉池三維擬單相流湍流傳質(zhì)模型，源項(xiàng)中考慮了反硝化反應(yīng)中硝態(tài)氮的去除速率，以及考慮到懸浮物在二沉池內(nèi)的下沉作用，并以此對(duì)垂直速度進(jìn)行修正，引入了雙指數(shù)沉降速度方程。 采用SIMPLE算法對(duì)輻流式二沉池內(nèi)固液三維穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程進(jìn)行了計(jì)算，通過與Deininger的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了數(shù)值模擬求解的正

3、確性；而且討論了一定入流條件下浮渣擋板、擋板深度和位置及出口位置對(duì)輻流式二沉池內(nèi)水流和懸浮物分布的影響。得到了傳統(tǒng)的輻流式二沉池外置單側(cè)堰出水懸浮物的濃度較大，而距離池壁一段距離時(shí)，內(nèi)置單側(cè)堰和雙側(cè)堰出水時(shí)，二沉池的沉淀效果得到了明顯改善。這說(shuō)明優(yōu)化二沉池的出水方式，對(duì)提高二沉池懸浮物去除效果有重要意義。 通過求解二沉池三維擬單相流湍流傳質(zhì)模型，并與鄒亮的輻流式二沉池內(nèi)硝態(tài)氮實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，表明數(shù)值模擬結(jié)果是比較成功的。分析了不同

4、位置處硝態(tài)氮的濃度分布，得到污泥斗上方回流區(qū)內(nèi)硝態(tài)氮的濃度較低、污泥斗底部的硝態(tài)氮濃度偏大、沉淀區(qū)內(nèi)從池底至水面硝態(tài)氮的濃度逐漸增大的結(jié)論。 對(duì)平流式二沉池和輻流式二沉池內(nèi)流體三維非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程采用PISO算法進(jìn)行了計(jì)算；通過與Imam的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了數(shù)值模擬求解的正確性；而且分析了一定入流條件下平流式二沉池進(jìn)口擋板長(zhǎng)度的影響，并對(duì)二沉池污泥動(dòng)態(tài)沉降過程以及異重流等現(xiàn)象進(jìn)行了分析。結(jié)果表明： (1)平流式和輻流

5、式二沉池內(nèi)污泥泥面是一個(gè)緩慢上漲的過程，分別經(jīng)過大約57min和92min以后，池內(nèi)污泥泥面保持穩(wěn)定，達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。 (2)實(shí)際二沉池內(nèi)水流的流速并不是均勻分布的；水流與擋板碰撞后，下沉到二沉池底部，在污泥斗附近分離形成回流和底流；平流式和輻流式二沉池內(nèi)都存在表面回流。 (3)二沉池內(nèi)寬度方向的速度分布是非均勻的。平流式二沉池中，頂部水流由中心面分別向兩邊壁流動(dòng)、底部水流流向中心面、中心面上速度較小；w 的高速區(qū)主要分

6、布在污泥斗的前端，沉淀區(qū)內(nèi)w值相對(duì)較小。輻流式二沉池不同徑向距離處，切向速度沿z軸變化趨勢(shì)一致；切向速度在進(jìn)口高度上較位于其他高度處變化明顯。 (4)進(jìn)水區(qū)水流湍動(dòng)能較大，而沉淀區(qū)內(nèi)很小，出水口附近湍動(dòng)能較沉淀區(qū)增大。 (5)平流式和輻流式二沉池內(nèi)都形成異重流。平流式二沉池內(nèi)存在著清晰的水平泥水界面，并形成了清水區(qū)、絮凝區(qū)、成層沉淀區(qū)和污泥壓縮區(qū)。但輻流式二沉池因?yàn)檫M(jìn)水流速較大，慣性力的作用，導(dǎo)致異重流頭部破碎滯后，沉淀效果下降