溫度分層及水深對(duì)揚(yáng)水曝氣器流場(chǎng)影響的CFD模擬.pdf

1、揚(yáng)水曝氣是為解決大水深水庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化、底泥內(nèi)源污染物釋放等問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的新型水質(zhì)原位修復(fù)改善技術(shù)。揚(yáng)水曝氣器通過(guò)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(jī)物向水體釋放。通過(guò)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(wú)光區(qū)域，從而抑制藻類的生長(zhǎng)，最終致其死亡。
　　 計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)利用離散化的數(shù)值方法和計(jì)算機(jī)，通過(guò)求解描述流體運(yùn)動(dòng)

2、的質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程，對(duì)復(fù)雜的流體流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬和系統(tǒng)分析。通過(guò)CFD數(shù)值模擬，可以方便地得到復(fù)雜流場(chǎng)內(nèi)不同位置、不同時(shí)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(jìn)行模擬計(jì)算。
　　 本論文通過(guò)使用Flljel lt軟件模擬大水深水庫(kù)溫度分層、水深對(duì)揚(yáng)水曝氣器外圍流場(chǎng)的影響，得到以下主要結(jié)論：
　　

3、 (1)溫度分層對(duì)于揚(yáng)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(wú)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(kù)表層與底部溫差大時(shí)，流場(chǎng)中漩渦的形成所需時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)。當(dāng)水庫(kù)表層與底部溫差相同時(shí)，斜溫層的位置越深，流場(chǎng)中漩渦中心就越靠近水庫(kù)底部。
　　 (2)在同樣的作用半徑、氣彈周期和出口流速條件下，揚(yáng)水曝氣器工作時(shí)在太水深時(shí)形成穩(wěn)定流場(chǎng)所需時(shí)間會(huì)大大增大，但在穩(wěn)定的流場(chǎng)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(diǎn)跡線功能，可分析藻類在揚(yáng)水曝氣器穩(wěn)定工作形成的流場(chǎng)中流動(dòng)情況。藻類隨漩渦流動(dòng)，其在無(wú)光的衰亡區(qū)域流行時(shí)間遠(yuǎn)大于在生產(chǎn)區(qū)域的流行時(shí)間，經(jīng)多次循環(huán)，藻類不斷消耗自身的有機(jī)質(zhì)，最終死亡。模擬結(jié)果表明揚(yáng)水曝氣器對(duì)藻類生長(zhǎng)有抑制作用。
　　 (4)水深增大，藻類在無(wú)光的衰亡區(qū)域流行時(shí)間會(huì)增大，揚(yáng)水曝氣器的除藻效率會(huì)提高。但同時(shí)曝氣器出口流動(dòng)對(duì)流場(chǎng)的攪動(dòng)作用就會(huì)相應(yīng)降低，而