二沉地水流及懸浮物分布的CFD模擬.pdf

1、目前二沉池的設計主要是基于理想沉淀池的假設，為了更加精確地確定二沉池的尺寸和沉淀效率，為二沉池的設計和實際運行管理提供較為準確的依據(jù)，對二沉池內的流態(tài)和懸浮物濃度分布進行深入研究是十分必要的。 本文首先提出了基于κ-ε湍流模型的三維非穩(wěn)態(tài)擬單相流模型，該模型充分考慮了固液兩相間相互作用的影響，即計入了相間曳力、橫向升力、虛擬質量力和分散相體積分數(shù)以及分散相與連續(xù)相間密度差的影響；并利用了三維穩(wěn)態(tài)Euler兩相流模型對輻流式二沉池

2、內流體進行模擬。其次，采用體平均概念、雷諾時均化方法結合二沉池固液相互作用的實際情況首次推導了考慮速度、濃度脈動項和固液相含率影響的二沉池三維擬單相流湍流傳質模型，源項中考慮了反硝化反應中硝態(tài)氮的去除速率，以及考慮到懸浮物在二沉池內的下沉作用，并以此對垂直速度進行修正，引入了雙指數(shù)沉降速度方程。 采用SIMPLE算法對輻流式二沉池內固液三維穩(wěn)態(tài)流動過程進行了計算，通過與Deininger的實驗結果進行比較，驗證了數(shù)值模擬求解的正

3、確性；而且討論了一定入流條件下浮渣擋板、擋板深度和位置及出口位置對輻流式二沉池內水流和懸浮物分布的影響。得到了傳統(tǒng)的輻流式二沉池外置單側堰出水懸浮物的濃度較大，而距離池壁一段距離時，內置單側堰和雙側堰出水時，二沉池的沉淀效果得到了明顯改善。這說明優(yōu)化二沉池的出水方式，對提高二沉池懸浮物去除效果有重要意義。 通過求解二沉池三維擬單相流湍流傳質模型，并與鄒亮的輻流式二沉池內硝態(tài)氮實驗結果比較，表明數(shù)值模擬結果是比較成功的。分析了不同

4、位置處硝態(tài)氮的濃度分布，得到污泥斗上方回流區(qū)內硝態(tài)氮的濃度較低、污泥斗底部的硝態(tài)氮濃度偏大、沉淀區(qū)內從池底至水面硝態(tài)氮的濃度逐漸增大的結論。 對平流式二沉池和輻流式二沉池內流體三維非穩(wěn)態(tài)流動過程采用PISO算法進行了計算；通過與Imam的實驗結果進行比較，驗證了數(shù)值模擬求解的正確性；而且分析了一定入流條件下平流式二沉池進口擋板長度的影響，并對二沉池污泥動態(tài)沉降過程以及異重流等現(xiàn)象進行了分析。結果表明： (1)平流式和輻流

5、式二沉池內污泥泥面是一個緩慢上漲的過程，分別經過大約57min和92min以后，池內污泥泥面保持穩(wěn)定，達到了動態(tài)平衡。 (2)實際二沉池內水流的流速并不是均勻分布的；水流與擋板碰撞后，下沉到二沉池底部，在污泥斗附近分離形成回流和底流；平流式和輻流式二沉池內都存在表面回流。 (3)二沉池內寬度方向的速度分布是非均勻的。平流式二沉池中，頂部水流由中心面分別向兩邊壁流動、底部水流流向中心面、中心面上速度較?。粀 的高速區(qū)主要分

6、布在污泥斗的前端，沉淀區(qū)內w值相對較小。輻流式二沉池不同徑向距離處，切向速度沿z軸變化趨勢一致；切向速度在進口高度上較位于其他高度處變化明顯。 (4)進水區(qū)水流湍動能較大，而沉淀區(qū)內很小，出水口附近湍動能較沉淀區(qū)增大。 (5)平流式和輻流式二沉池內都形成異重流。平流式二沉池內存在著清晰的水平泥水界面，并形成了清水區(qū)、絮凝區(qū)、成層沉淀區(qū)和污泥壓縮區(qū)。但輻流式二沉池因為進水流速較大，慣性力的作用，導致異重流頭部破碎滯后，沉淀效果下降