垂直轴式机械絮凝池的数值模拟研究

摘要

机械絮凝池是一种常见的絮凝处理设备，可较好的适应水量的变化，但由于机械设备和造价等原因使其应用范围受到一定的限制，目前对其的研究和了解还有很多不足。通过研究机械絮凝池水力特性来进行优化设计，不仅可以有效提高絮凝效果还可以节省一定的投资。
　　课题中采用工程实体中的垂直轴式机械絮凝池作为模拟研究的对象，设计流量选为6000m3/d和12500m3/d，基于数值模拟方法以湍动能k、湍动能耗散率ε以及涡旋速度梯度G作为评价指标对进水孔洞大小、桨板尺寸和数目、进水方式以及搅拌桨旋转方向等不同水力条件下的絮凝池进行优化比选，探求出最佳的絮凝效果，进而提高出水的水质，保证人们的饮水安全。研究结果表明:
　　1.进水孔洞大小的变化主要对机械絮凝池第一反应格内水流扰动程度产生影响，而对后续反应格的影响几乎没有。适当减小进水孔洞尺寸，会有效增加第一反应格内絮凝颗粒的碰撞程度，进而提高整个絮凝池絮凝效果。
　　2.在搅拌桨划水面积、转速、搅拌半径相同的情况下，桨板宽度、长度及数目三个因素的变化对机械絮凝池内颗粒碰撞频率以及搅拌功率的影响相差不大，而对絮凝池内水流湍动强度会产生不同程度的影响，进而导致最终的絮凝效果存在显著差异，各因素影响力顺序为:桨板宽度＞桨板数目＞桨板长度。
　　3.采用上部进水且搅拌桨顺时针旋转的机械絮凝池相比其他方式的絮凝效果要好，该方式絮凝池的第一反应格内水流紊动程度相比其他方式要高，而第三反应格内水流紊动相差不大，这样絮凝颗粒在第一反应格内发生充分碰撞，在后续反应格内会产生有效的絮凝聚集且不易发生破碎，最终增强整个絮凝池内的絮凝效果。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究的目的与意义

1．3 絮凝技术及其理论介绍

1．3．1 絮凝技术研究现状

1．3．2 絮凝动力学理论介绍

1．3．3 机械絮凝的研究现状

1．4 主要研究内容和技术路线

1．4．1 主要内容

1．4．2 技术路线

第二章 絮凝过程数值模拟理论及控制指标

2．1 数值模拟的理论基础

2．1．1 基本控制方程

2．1．2 湍流模型及模拟方法

2．1．3 近壁区域的处理方法

2．2 CFD技术及其在搅拌过程中的应用

2．2．1 CFD技术简介

2．2．2 CFD技术在搅拌过程中的应用

2．3 絮凝过程控制指标

2．3．1 G值和GT值

2．3．2 GT／Re1/2值

2．3．3 E1/3t值与E1/3t T值

2．3．4 欧拉准数Eu

第三章 模型的建立及模拟过程的确定

3．1 机械絮凝池模型的介绍

3．2 模型处理及模拟过程的介绍

3．2．1 实体模型的处理

3．2．2 模型网格的划分

3．2．3 模拟求解过程

3．2．4 机械絮凝池模型的校核

3．2．5 评价指标

3．3 本章小结

第四章 机械絮凝池模拟的结果及其分析

4．1 进水孔洞大小的影响比较分析

4．1．1 进水孔洞大小不同的机械絮凝池模型的设计参数

4．1．2 进水孔洞大小不同的机械絮凝池模型模拟结果的分析

4．2 搅拌桨桨板尺寸和数目的影响比较分析

4．2．1 不同桨板尺寸和数目的机械絮凝池模型设计参数

4．2．2 不同桨板尺寸和数目的机械絮凝池模型模拟结果的分析

4．3 进水方式和搅拌旋转方向的影响比较分析

4．3．1 不同方案下机械絮凝池模型的设计参数

4．3．2 不同方案下机械絮凝池模型模拟结果的分析

4．4 模拟研究结论的对比性分析

4．4．1 进水孔洞大小影响效果的对比性分析

4．4．2 搅拌桨桨板尺寸和数目影响效果的对比性分析

4．4．3 进水方式和搅拌旋转方向的影响效果的对比性分析

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况