异向流斜管沉淀池的三维数值模拟

摘要

近年来,随着水质的逐渐恶化以及给水处理厂大量的扩建改建,相应增加了水厂的运行成本和建设费用，因此对水处理构筑物以及水质本身状况进行研究和探索，寻找其优化方法以及节能降耗途径,从根本上解决城市给水处理厂高成本、高投资的现状变得尤为重要。沉淀池作为水处理中不可或缺的一个环节，其沉淀效果的好坏与水处理工艺的效果有着直接的关系。但是沉淀池的设计大多是根据规范和经验来选定设计参数，所以不能确保沉淀池在最佳工况下运行。目前，对斜管沉淀池的研究主要聚集于理论分析方面，相关的数值模拟研究较少。因此通过综合考虑后，本文选用三维数值模拟的方法对异向流斜管沉淀池进行研究。　　本文的研究目的是通过模拟异向流斜管沉淀池在不同设计参数下的沉淀效果，据此得出异向流斜管沉淀池的最优设计参数,提出更加经济合理的优化方案。本研究以安徽省宁国市某实际运行的自来水厂作为研究背景，运用模拟软件分别模拟了不同斜管管径、不同颗粒密度以及不同进水方式下斜管沉淀池的速度场和悬浮物浓度场，计算出了不同工况下的悬浮物去除率。　　研究结果如下：(1)斜管管径只有保证在一定范围内才能使沉淀池具有比较理想的沉淀效率；管径在25mm至40mm时，斜管沉淀池的沉淀效果相差不大，都比较理想；但当管径为45mm时，沉淀效果下降的比较明显。考虑到管径过小容易堵塞，增加运行成本，而沉降的增效值并不高，因此本研究建议采用35mm及40mm的管径作为最佳管径设计值；(2)颗粒的沉降速度随着悬浮颗粒密度的增加相应增大，因此增大悬浮颗粒密度将有利于颗粒的沉降，悬浮颗粒的密度越大，沉淀池的沉淀效果越好，运行效率越理想；(3)穿孔花墙孔口位置的变化会影响沉淀池的沉淀效果，孔口距离污泥区太近或者距离斜管区太近都会降低悬浮颗粒的去除率，模拟得出孔口开设在距污泥区的距离大于0.5m，距斜管区的距离大于0.3m的位置为最佳；(4)穿孔花墙采用圆形孔口的进水方式要优于长方形孔口的进水方式。　　本研究所得的结论将对今后异向流斜管沉淀池的设计起到一定的指导作用。通过优化斜管沉淀池的斜管管径以及进水方式可以提高沉淀池的沉淀效率，使斜管沉淀池变得更加高效、经济，具有更强的适应性。

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第一章 绪论

1.1概述

1.2国内外相关模拟进展

1.3研究目的和研究意义

1.4研究思路和研究方法

1.5研究的主要内容

1.6斜管沉淀池的相关理论

第二章CFD介绍

2.1 CFD简介

2.2 计算流体动力学的基本控制方程

2.3 湍流的数值模拟方法

2.4 湍流数学模型

2.5 多相流模型

2.6 压力速度耦合方法

第三章 异向流斜管沉淀池的数值模拟

3.1 研究项目概况

3.2 计算实例

3.3 模型的假设条件

3.4 网格划分

3.5 边界条件与初始条件

3.6 求解器的设置

3.7 模拟结果的校验

第四章 异向流斜管沉淀池的优化设计

4.1 斜管管径对沉淀效果的影响分析

4.2 悬浮颗粒密度对沉淀效果的影响分析

4.3 进水方式对沉淀效果的影响分析

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文