Carrousel氧化沟流场的数值模拟及断面优化研究

摘要

氧化沟是污水处理中常见的一种工艺形式，运用非常广泛。在实际运行过程中氧化沟工艺水力流态复杂，容易在弯道及前后的直段形成滞水区，导致污泥沉积，从而降低氧化沟内的容积利用率及处理效果，影响出水水质。
　　本论文利用CFX软件进行氧化沟流场的三维数值模拟，研究氧化沟的水流特性，通过对氧化沟三维流动特性的分析为氧化沟的设计与运行提供行之有效的参考意见。
　　本论文采用RNG k湍流模型和多重参考坐标系模型（MRF），并采用SIMPLE算法，对氧化沟内的流场进行三维数值模拟。首先，对氧化沟表面曝气机叶片扭转角为30°和-30°两种工况下的氧化沟流态进行模拟。研究发现当曝气机叶片扭转角为30°时，氧化沟内的曝气更加充分，氧化沟底部流速大于0.3m/s的区域更大，发生污泥沉积的区域更小。其次，固定曝气机叶片扭转角度为30°，对曝气机位于氧化沟端部中间和氧化沟端部下游两种工况下的氧化沟流态进行模拟。研究发现当表面曝气机位于氧化沟端部中间时，氧化沟沟底流速大于0.3m/s的区域较大，不易发生污泥沉积现象。然后，固定曝气机叶片扭转角度为30°且曝气机位于氧化沟端部中间，研究在曝气机侧是否设置导流墙对氧化沟流态的影响。研究发现设置半圆形导流墙时，导流墙后容易产生污泥堆积，水流速度极低，因此建议将导流墙设置于流道中间或者不设置导流墙。最后，将氧化沟内侧横断面设置为半径分别为R=1m、2m、3m的半圆形，研究氧化沟内流体速度流场，发现均可使氧化沟内沟底流体平均流速增大，不易产生污泥沉积。
　　本文运用数值模拟的方法研究了各因素对氧化沟流动特性的影响规律，对工程实践有着不可或缺的预测意义，避免较差工况的产生，节约能耗。