塔式曝气池内气液两相流动数值模拟及参数影响的研究

摘要

活性污泥法是当前污水处理领域应用最为广泛的技术之一。活性污泥处理系统的主要反应器——曝气池中的气液传质效率直接关系到污水处理的费用和效率。本论文的研究目的在于，在已有研究成果的基础上，利用 CFD软件模拟气液两相流场，从而为合理设计、评价、控制曝气池的运行提供理论基础。
　　本文选取某啤酒厂的塔式曝气池作为研究对象，对塔内气液两相流场利用标准kε模型和Eulerian两相流模型进行数值模拟，计算结果与理论分析相符，这也表明应用数值模拟方法可以全面的显示和了解两相流场的流动情况，是优化曝气池结构、提高气液传质效率的有效手段和工具。
　　本文针对不同工况参数下曝气池的气水比和传质效果进行了数值模拟，分析结果为曝气塔的进一步优化设计提供了必要信息。
　　另外，本文还提出了一些优化结构的设想，即在曝气塔内加入导流筒，形成循环流动，促进气液传质，并对不同导流筒结构参数下曝气池内的气液流场进行了模拟，模拟结果为选取导流筒结构以达到最佳气液传质效果提供了参考。
　　最后，本文对新型缩放型导流筒在曝气池中的应用进行了讨论分析，利用标准kε模型和Eulerian两相流模型对不同结构参数缩放型导流筒的气液流动进行数值模拟。模拟结果表明缩放型导流筒与曝气塔结合是可行的，缩放作用使塔内流动流体的流型受到扰动，可以实现较高的溶解氧利用率，并且使得气液两相得到很好的混合。

目录

塔式曝气池内气液两相流动数值模拟

STUDY ON NUMERRICAL SIMULATION AND INFLUENCING PARAMETER OF GAS-LIQUID TWO-PHASE FLOW

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 活性污泥法概况

1.2.1 浅层曝气池

1.2.2 中层曝气池

1.2.3 深层曝气池

1.3 塔式曝气池流体力学研究综述

1.3.1 气液两相流场的研究

1.3.2 含气率的研究

1.3.3 壁面结构的研究

1.4 FLUENT软件简介

1.4.1 FLUENT软件的模型

1.4.2 利用FLUENT软件的优势

1.5 本课题研究内容及意义

1.6 本章小结

第2章 塔式曝气池内气液两相流场数值模拟模型

2.1 气液两相流的主要特点

2.1.1 水和空气的密度相差悬殊

2.1.2 气液两相间的质量交换可以忽略

2.1.3 气液两相流可以采用局部静压平衡假定

2.1.4 气泡在水流中的运动特性

2.2 液相湍流模型

2.2.1 完全模拟(DNS)

2.2.2 大涡模拟(LES)

2.2.3 Reynolds平均法(RANS)

2.3 气液两相流模型

2.4 本课题所选用的模型

2.4.1 模型控制方程组

2.4.2 控制方程组的离散和流场数值计算方法

2.4.3 收敛标准

2.5 本章小结

第3章 气液两相流场的模拟及分析

3.1 模型校核

3.1.1 数据结果对比分析

3.1.2 结果误差分析

3.2 塔式曝气池气液两相流场数值模拟

3.2.1 塔式曝气池结构尺寸及物性参数

3.2.2 二维模型与网格生成

3.2.3 塔内气体分布

3.2.4 塔内压力场

3.2.5 塔内速度场

3.2.6 塔内湍流情况

3.3 本章小结

第4章 状态参数对流场影响的模拟分析

4.1 将进气速度作为变量

4.1.1 对含气率的影响

4.1.2 对速度场的影响

4.1.3 对湍流强度分布的影响

4.2 将气泡直径作为变量

4.2.1 对含气率分布的影响

4.2.2 对速度场的影响

4.2.3 对湍流强度的影响

4.3 计算因素的影响

4.4 本章小结

第5章 塔式曝气池结构参数影响的模拟及分析

5.1 传统的圆柱形结构导流筒

5.1.1 结构参数

5.1.2 计算结果与讨论

5.1.3 导流筒进口结构改变对流场的影响

5.2 新型缩放型导流筒应用性研究

5.2.1 对液相流速影响的分析

5.2.2 对含气率影响的分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

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致谢