CFD在臭氧接触池优化中的应用

摘要

随着水源污染的日益加剧，水的常规处理已很难满足饮用水的化学和生物安全性需要，饮用水深度处理工艺成为必然选择，O3消毒技术已经成为饮用水深度处理技术的主流工艺并得到了广泛的应用。
　　O3消毒效率受到水温、pH、浑浊度等诸多因素的影响，由于目前O3消毒多采用混合式反应器，反应器的结构对消毒效率的影响很大。在采用臭氧消毒工艺中，O3和水在臭氧接触池中作用以达到消毒目的，臭氧接触池的结构设计直接关系到臭氧的接触效率，影响消毒效果。本研究是选择成本廉价、周期简短的CFD方法考察接触池结构对水力效率的影响。
　　在研究中，用实验模型对建立起的进行验证以证明数学模型的准确性。在模型正确性的基础上，进一步扩展数学模型，通过改变隔室长度、挡板过水深度、设置穿孔墙等来对流场进行模拟和比较。臭氧接触池隔室L不同，会影响整个流场的水力效率，随着L的增大，水力效率减小，进一步得出隔室的宽长比D/L越小，水力效率越小，当D/L<2时，水力效率减小的速度不大。挡板过水深度会影响流场拐角处的流态，分别考察了过水深度h与水深H比值h/H在0.2、0.25、0.3、0.45、0.5、0.6时的T10/T值，结果表明h/H在0.2～0.5之间，随着h/H的增大，T10/T增大，如果再继续增大h/H，则T10/T明显减小，说明h/H值为0.5时，水力效率最大，比原来提高了21.5％。设置穿孔墙也有利于减少拐角处流体速度突变给流场带来的不利影响，同时可以减少池内短路流的面积，并将T10/T提高了32.6%。
　　研究还以深圳某水厂的臭氧接触池为例，进行了数值模拟与分析，得出了该接触池的T10/T为0.372，并且对比了不同进口流速下的水力效率，结果表明，进口流速越低，水力效率越高。

目录

CFD在臭氧接触池优化中的应用

APPLICATION OF CFD FOR OPTIMIZATION OZONE CONTACTOR

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 本课题研究目的与意义

1.2 国内外相关技术的研究现状

1.2.1 臭氧消毒在饮用水深度处理中的应用现状

1.2.2 臭氧接触池的主要功用和设计理念

1.2.3 臭氧接触池水力效率对消毒效果的影响

1.2.4 现存臭氧接触池运行状况和优化潜力

1.2.5 CFD方法在优化接触池方面的优势和意义

1.2.6 CFD在模拟水处理设施上的应用

1.3 研究内容和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第2章 CFD和数学模型的建立

2.1 CFD简介

2.1.1 CFD技术原理

2.1.2 CFD软件综述

2.1.3 CFD在工程中的作用

2.1.4 Fluent和Gambit软件概述

2.2 紊流流动的数值模拟

2.2.1 直接模拟

2.2.2 大涡模拟

2.2.3 应用Reynolds时均方程模拟

2.3 数学模型的整体框架

2.4 两相流数学模型基本概念

2.4.1 连续相（水相）紊流模型

2.4.2 分散相（示踪剂）水力输送模型

2.4.3 数学模型设计的控制方程

2.5 模拟工具和优化方法

2.5.1 模拟工具

2.5.2 优化方法

2.6 网格的精度和划分

2.6.1 网格精度

2.6.2 网格划分

2.6.3 网格建立

2.7 模型的选择

2.7.1 两相流模型

2.7.2 离散相模型

2.8 边界条件和初始条件的设置

2.8.1 VOF模型

2.8.2 DPM模型

2.9 求解过程

2.9.1 连续相求解过程

2.9.2 分散相轨迹求解

2.9.3 关于迭代和收敛

2.10数据采集和后处理

2.11流场的模拟

2.12 本章小结

第3章 实验模型的建立和试验方法

3.1 实验模型水力效率的评价方法

3.1.1 CT值

3.1.2 停留时间分布函数

3.2 实验模型的建立

3.3 小试示踪试验方法

3.3.1 示踪剂的投加

3.3.2 取样安排

3.3.3 实验模型中流线分布

3.4 和数学模型的比较

3.5 本章小结

第4章 臭氧接触池优化

4.1 隔室长度的影响

4.1.1 模拟结果

4.1.2 结果分析

4.2 挡板过水深度的影响

4.3 增设穿孔墙的影响

4.4 CFD在梅林水厂的应用

4.4.1 梅林水厂工程图及简化

4.4.2 模拟结果

4.4.3 池型存在的问题

4.5 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢