潜水搅拌器水力特性的数值模拟及实验研究

摘要

本文以某污水处理厂的A2/O处理工艺为蓝本，建立了厌氧池的几何模型，并用数值模拟和实验两种研究手段对此分别进行了系统的研究。数值模拟研究首先对某污水处理厂的潜水搅拌器叶轮进行了客观分析，利用GAMBIT建立了同比例的不同搅拌器放置方案的几何模型，并根据此污水厂实际运行工况和改进方案的工况设定边界条件、建立物理模型。采用FUYENT流体计算软件中的标准κ-ε模型和滑移网格法对所建立的模型进行计算最终得出各个方案的流场速度云图，通过分析比较得出如下结论：(1)水平倾角为30。时相对于45°和60°有更大的搅拌域和悬浮效果；(2)对比搅拌器的放置深度分别为5.03m和4.53m的模型的模拟搅拌流场结果，可以发现将搅拌器提高0.5m能够使得搅拌高速区域比没有提高时的实际工况更大，搅拌器的射程更远，而且能够使搅拌的回流区域更加完整，减少了对池底无效的冲刷，能够达到节能降耗的目的；(3)当搅拌器增加35°的俯仰角时，模拟结果显示也要好于0°俯仰角的实际工况，俯仰角的增加能够使得搅拌器能够充分发挥搅拌作用，搅拌产生的高速区域比水平放置时工况更加宽广，能够形成更好的循环水流，并且搅拌器的射程有了极大的增加。
　　 实验研究结果：(1)找出了适合替代活性污泥来定性的观察搅拌器射程和性质的实验材料.核桃壳滤料，核桃壳滤料用来定性观察搅拌器的射程、污泥启动状态及影响范围，能够与模拟结果在直观上进行比较分析。通过将实际工况下数值模拟得出的搅拌池底部的速度云图与开启搅拌器后核桃壳滤料所形成的搅拌域进行比较发现，两者的搅拌区域形状很相似，这就证明了用核桃壳滤料来分析搅拌器的射程、污泥启动状态及影响范围是可行的；(2)采用显微放大镜测出了氢氧化铁的沉降速度，沉降速度范围在0.23～1.2074mm/s，并与本课题的另一名研究生胡海涛的实验所测出的活性污泥的沉降速度典型值0.56mm/s，进行对比发现，二者数值非常接近，因而用氢氧化铁代替活性污泥的是切实可行的；(3)用浊度仪测定了放置搅拌器前后出水浊度的精确数值，找出了定量研究搅拌器搅拌效果的有效办法，为进一步研究潜水搅拌器奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题的研究背景

1.2潜水搅拌器在污水处理领域的应用及A2／O污水处理工艺

1.2.1潜水搅拌器的分类与用途

1.2.2 A2／O污水处理工艺简介

1.3搅拌器叶轮设计研究概况

1.3.1国内外轴流搅拌器的研究进展

1.3.2国内外潜水搅拌器的研究进展

1.4搅拌器的数值模拟方法

1.4.1“黑箱”模型法

1.4.2动量源法

1.4.3内外迭代法

1.4.4多重参考系法(MRF)

1.4.5滑移网格法

1.4.6滑移网格法与动网格法的比较

1.5本文研究的主要内容与意义

2 潜水搅拌器水力特性的数值模拟研究

2.1研究目的

2.2研究内容

2.3研究方法-数值求解方法

2.3.1建立几何模型

2.3.2设定边界类型

2.3.3网格的划分

2.3.4数值模拟的理论基础

2.4数值求解步骤

2.4.1总体计算流程

2.4.2数值计算输入过程

2.5模拟结果及分析

2.6结论

3 潜水搅拌器水力特性的实验研究

3.1实验装置

3.2模型沙选择

3.3定性观察

3.4定量分析

3.5实验测试结论

4 研究结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢