基于CFD的UASB反应器的模拟与优化

摘要

UASB反应器在废水处理领域是应用最为广泛的厌氧反应器。而三相分离器作为升流式厌氧污泥床（UASB）的核心部分之一，直接影响着气液固三相的分离，因此三相分离器合理的尺寸，恰当的结构，不仅仅能有效将气体与其他两相分离，还能在沉淀区形成合适的流态，最后使得液体和固相污泥有很好的分离。另外操作条件对于整个反应器的运行和三相的分离也有一定的影响。因此选择合适的操作条件对于反应器的正常运行至关重要。
　　本文首先进行三相分离器结构方面的优化设计，先对常见几种结构的三相分离器进行模拟，分析模拟的结果，然后提出结构上的改进方案，并对改进后的结果进行模拟，探讨改进的合理性。结果表明：常见的三种三相分离器都具有短区面积较大的缺点，有的气体分离效果也存在不足，将三相分离器结构进行改进，分析改进后模拟的结果，短区问题基本得到解决，但是改进后对于气体的分离效果的提升在有的结构改进方面效果不明显。
　　然后再针对某种结构的三相分离器尺寸方面，改变三相分离器的尺寸，用Fluent软件对不同尺寸三相分离器UASB内部流场进行了数值模拟，分析气体的体积分率随尺寸变化的规律，最后选择合适的尺寸。结果表明：上下三角气室重叠部分的水平投影越大，气体的分离效果越好；水平投影区域的大小与短区区域的大小不成比例。
　　最后则从污泥流态方面出发，探讨反应器正常有效运行时操作条件的最优值。结果表明：进水速度和污泥浓度太小，污泥不能顺利进入到沉淀区，累计在三相分离器附近影响气体的分离，进水速度和污泥浓度太大，污泥会流失。
　　本文研究的结论可以使我们了解UASB反应器内部流场情况随影响因素的变化规律，从而用于指导实际工程中的优化和高效运行，为企业的节能与利润的提高有一定的意义。

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1 文献综述

1.1 UASB反应器

1.2 计算流体动力学（CFD）应用和研究

1.3 本文研究的内容和意义

2 UASB反应器数值模拟方法及相应模型

2.1 计算流体力学

2.2 本课题选择相应流场控制方程和计算模型

2.3 模型及网格无关性的验证

3 三相分离器结构的优化

3.1常见三种三相分离器UASB的模拟

3.2两种改进型的三相分离器UASB的模拟

3.3本章小结

4三相分离器尺寸的优化

4.1 气室角度优化

4.2 气室高度的优化

4.3 本章小结

5 污泥流态的研究

5.1 进口流速对污泥流态的影响

5.2 污泥浓度对污泥流态的影响

5.3 本章小结

6 结论

6.1论文主要研究成果

6.2展望

参考文献

致谢

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