潜水推流器在生物法污水处理工艺中水力特性的研究

摘要

潜水推流器是一种重要的污水处理设备，被广泛地应用于生物法污水处理工艺中，也是该工艺中除了风机、水泵外的第三大耗能设备。其主要作用是防止生物池内产生活性污泥沉积现象，使活性污泥与污水充分接触进行生化反应。潜水推流器的推流效果直接关系到出水水质是否达标。现阶段关于潜水推流器的研究只包括功率、推力、转速等，但关于潜水推流器转速与叶轮直径的映射关系还未有人进行相关的研究，特别是缺乏池型与推流器匹配问题的研究直接影响潜水推流器的选型使用。因此，对潜水推流器水力特性进行深入的研究，为潜水推流器的设计及在污水处理中合理使用等方面提供有力的保障和理论基础具有重要意义。本文具体的研究内容及成果如下:
　　1.构建多面体网格与棱柱层网格结合的网格模型，基于标准k-ε湍流模型对潜水推流器进行定常数值模拟，并通过流场测量试验获得验证，得到潜水推流器数值模拟的方法。
　　2.参考国家标准，本文借助STAR-CCM+中的阈值功能得到当量有效容积，基于比功率分别在环形池和方形池中，对潜水推流器（两叶片）进行不同转速工况下的数值模拟，发现在环形池和方形池中其比功率均随着转速的提高先减小后增大。
　　3.基于环形池和方形池，对比相同功率情况下潜水推流器叶轮直径对其水力性能的影响。研究发现在环形池中潜水推流器的推流效果随着叶轮直径的增大而增强，而在方形池中潜水推流器的推流效果随着叶轮直径的增大先增强后减弱。
　　4.推导潜水推流器推流效率的计算公式，基于该公式以及池内流场，分析不同池型中推流效果不同的原因;对方形池中潜水推流器最优布置位置进行确定。
　　5.对环形池和方形池中三叶片潜水推流器不同转速工况进行研究，发现在环形池中，随着转速的提高，三叶片潜水推流器的比功率先减小后增大，而方形池中潜水推流器的转速越高，比功率越大。
　　6.将相同功率的的两叶片潜水推流器与三叶片潜水推流器进行对比分析，发现在环形池中当潜水推流器叶轮直径在1.1m～3.1m范围内，两叶片与三叶片潜水推流器的推流效果相差不大。而在方形池中，当叶轮直径较小时三叶片潜水推流器的推流效果较好，叶轮直径较大时则是两叶片潜水推流器的推流效果更好。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 潜水推流器的介绍

1．2．1 潜水推流器结构形式

1．2．2 潜水推流器的应用

1．2．3 潜水推流器的行业发展

1．3 国内外研究现状

1．3．1 潜水推流器理论研究现状

1．3．2 潜水推流器数值计算(CFD)研究现状

1．3．3 流场测量研究现状

1．4 本文研究内容

第二章 潜水推流器数值模拟方法及试验验证

2．1．1 STAR-CCM+计算软件

2．1．2 控制方程

2．2 几何模型的建立

2．3 网格划分

2．4 数值模拟

2．4．1 初始条件的设定

2．4．2 试验池内部流场分

2．4．3 湍动能的分析

2．4．4 静压分析

2．5．1 试验目的

2．5．2 试验设备

2．5．3 流场测量方案

2．5．4 试验操作步骤

2．5．5 流场测量结果对比

2．6 本章小结

第三章 不同池型中转速对水力性能的影响

3．1 计算模型的确定

3．2 不同转速工况下比功率的分析

3．3 流场特性分析

3．4 池型的变化对潜水推流器水力性能的影响

3．4．1 几何模型

3．4．2 潜水推流器外特性对比分析

3．4．3 方形池内流场分析

3．5 本章小结

第四章 恒功率叶轮直径对水力性能的影响

4．1 环形池

4．1．1 环形检验池中设计方案

4．1．2 推流器外特性分析

4．1．3 推流效果不同原因分析

4．2 方形池

4．2．1 方形池中设计方案

4．2．2 外特性预测

4．2．3 推流效果不同原因分析

4．2．4 方形池流场分析

4．2．5 潜水推流器布置位置的确定

4．3 本章小节

第五章 两叶片与三叶片潜水推流器对比分析

5．1 外特性预测对比

5．2 叶片数对潜水推流器推流性能的影响

5．2．1 环形池中对比

5．2．2 方形池中对比

5．2．3 相同功率潜水推流器叶片数的选择

5．3 流场特性对比

5．3．1 池内流场对比分析

5．3．2 静压分布对比

5．3．3 湍动能分布对比

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况