微涡旋网格絮凝池特性参数的数值模拟与过程优化

摘要

净水厂的工艺过程一般包括混合、絮凝、沉淀、过滤和消毒。絮凝是整个过程的关键阶段，它直接决定了水厂出水效果。微涡旋网格絮凝池是应用最为广泛的絮凝池形式之一，因此，对网格絮凝池设计特性参数进行数值模拟与过程优化显得尤为重要。本文在絮凝动力学基础上，利用计算流体力学软件（Fluent）对网格絮凝池进行模拟计算，确定最优设计参数，用以优化工程设计。
　　本文以微涡旋网格絮凝池各设计参数为变量，利用Fluent软件进行数值模拟，采用标准k-ε模型及Realizable k-ε模型作为数值模拟方法，将湍动能k、湍动能耗散率ε、速度梯度G'及涡旋尺寸λ作为絮凝效果评价指标，通过分析流体运动状态探讨最佳设计参数。研究结果表明：（1）在絮凝池内安放网格会大幅度提高能量利用率，改善水流的湍动状态，增加微涡旋数量，且网格应悬空置于絮凝池竖井中；（2）在微涡旋网格絮凝池单层栅条二维数值模拟中，对栅条宽度5 mm-80 mm，栅条间距20 mm-120 mm，入口流速0.06 m/s-0.3 m/s进行单因素模拟，当栅条宽度80 mm，栅条间距20 mm，入口流速0.3 m/s时，其产生的湍动能及湍动能耗散率最大，但当其产生的水流剪切力过大时，会导致已经产生的絮体被破坏，因此应将其控制在一定范围内，保证良好的絮凝效果；（3）合理的网格板间距对于提高输入能量的利用率有良好的促进作用；（4）在网格絮凝池三维模拟中，提出了四组具有较好絮凝效果的设计参数：栅条宽度50 mm，栅条间距120 mm，入口流速0.3 m/s，网格板间距200 mm；栅条宽度50 mm，栅条间距110 mm，入口流速0.3 m/s，网格板间距700 mm；栅条宽度70 mm，栅条间距40 mm，入口流速0.2 m/s，网格板间距300 mm；栅条宽度40 mm，栅条间距20 mm，入口流速0.08 m/s，网格板间距700 mm。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 问题的提出及意义

1.3 本文主要的研究内容和研究路线

第2章 絮凝过程中计算流体力学控制指标的选取

2.1 絮凝动力学理论

2.2 计算流体力学

2.3 湍流数值模型的确立

2.4 本章小结

第3章 微涡旋网格絮凝池特性参数的二维模拟

3.1 网格模型的建立

3.2 数值模型的评价指标

3.3 网格絮凝池的二维单层数值模拟

3.4 双层栅板数值模拟

3.5 本章小结

第4章 微涡旋网格絮凝池的三维数值模拟

4.1 单层栅板三维数值模拟

4.2 三维双层栅板数值模拟

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢