氧化溝流場和溶解氧CFD模擬研究——以平頂山污水處理廠為例.pdf

1、氧化溝工藝具有出水優(yōu)良、抗沖擊負(fù)荷能力強、運行管理簡單等優(yōu)點，在我國城市污水處理系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。氧化溝工藝存在的主要問題是容易產(chǎn)生污泥沉積、運行能耗有待進(jìn)一步降低，這兩個問題與氧化溝內(nèi)流場的分布是密切相關(guān)的，因此，對氧化溝內(nèi)流場分布的研究十分必要。運用數(shù)值模擬方法對流場進(jìn)行分析，既能節(jié)省大量經(jīng)濟(jì)成本，又可以模擬實際工程中無法實現(xiàn)的工藝情況，不僅在理論設(shè)計上具有重大的參考意義，而且在實際應(yīng)用中有很大的指導(dǎo)意義。
　　 本文

2、中利用滑移壁面模型和風(fēng)扇模型，采用FLUENT軟件分別實現(xiàn)了對氧化溝內(nèi)動力來源——曝氣轉(zhuǎn)碟和水下推進(jìn)器的模擬，最終實現(xiàn)對氧化溝內(nèi)混合液流場分布的模擬。
　　 滑移壁面模型將轉(zhuǎn)碟簡化為無厚度的圓盤，通過定義碟片的運動類型、運動速度、轉(zhuǎn)軸起點、轉(zhuǎn)軸方向、粗糙常數(shù)、粗糙高度等參數(shù)，實現(xiàn)曝氣轉(zhuǎn)碟對氧化溝內(nèi)混合液的推動作用。未知參數(shù)中最關(guān)鍵的參數(shù)就是轉(zhuǎn)碟的碟片粗糙高度，分別選擇0.010m、0.015m、0.020m三個值代入模擬，并與平

3、頂山污水廠氧化溝內(nèi)混合液實測流速進(jìn)行對比，確定的最佳的碟片粗糙高度為0.020m。
　　 風(fēng)扇模型將水下推進(jìn)器盤面簡化為一個無限薄的面，壓強經(jīng)過這個面時出現(xiàn)一個躍升值，使得盤面前后產(chǎn)生一定的壓力差，產(chǎn)生軸向推力，使混合液獲得軸向速度。壓強躍升值可以根據(jù)水下推進(jìn)器電機功率PM、水下推進(jìn)器盤面直徑A0、均勻來流速度VA和氧化溝內(nèi)混合液密度ρ計算得出。風(fēng)扇模型通過定義水下推進(jìn)器盤面的反向方向、區(qū)域平均方向、壓強躍升值等參數(shù)，實現(xiàn)水下推

4、進(jìn)器對氧化溝內(nèi)混合液的推動作用。
　　 分別模擬了只開啟六臺曝氣轉(zhuǎn)碟、只開啟六臺水下推進(jìn)器、六臺曝氣轉(zhuǎn)碟和六臺水下推進(jìn)器同時開啟三種工況下平頂山污水廠氧化溝內(nèi)混合液的流場分布。
　　 模擬數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，兩者的流場分布趨勢吻合良好，但部分位置模擬流速比實測流速偏小。這與本文中確定轉(zhuǎn)碟碟片壁面粗糙度時是采用帶入檢驗法有一定的關(guān)系，如果能找出壁面粗糙度的理論計算方法，將能減小這一誤差。
　　 對不同工況下的模

5、擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)曝氣轉(zhuǎn)碟除了能起到導(dǎo)入溶解氧的作用外，其對混合液的推流作用也是不能忽略的。水下推進(jìn)器對局部混合液的推流作用非常明顯，其推流作用優(yōu)于曝氣轉(zhuǎn)碟。曝氣轉(zhuǎn)碟后導(dǎo)流板的存在，不僅有利于曝氣轉(zhuǎn)碟的推流功率得到更合理的利用，也在一定程度上提高水下推進(jìn)器的推流效果。
　　 另外，本文利用組分模型實現(xiàn)了對溶解氧輸運的模擬。為了簡化模型，本實驗中氧化溝溶解氧輸運的模擬只選取一個典型直溝段進(jìn)行模擬，這一典型直溝段包括好氧區(qū)和缺氧