平流式沉淀池中水流流态的CFD模拟.ppt

平流式沉淀池中水流流态的CFD模拟 项目完成人：张 涛 200810103292 周泽广 200810103537 陈艳艳 200820117838 指导教师：李秀喜 副教授 完成时间：2009年1月10日 主要内容 项目简介 项目模型 模拟结果及分析 结论与建议 项目简介 1.1 CFD概述 计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD），它是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型独立学科，在使流场可视化，解决试验条件限制问题，节省试验费用等方面具有独特优势，在航空航天、水利、化工、建筑、环境等领域取得了广泛应用。 项目简介 1.2 设计任务 应用目前使用较广泛的商业CFD软件FLUENT6.0，对典型的污水处理构筑物—平流式沉淀池中的水流流态进行模拟，分析其水力学特性，并对不同进、出水改进方式的沉淀池中的水流流态进行模拟。 项目简介 1.3 项目背景 在常规水处理工艺中，通过重力沉淀作用来去除悬浮物(SS)是目前最常用的方法，沉淀池就是利用固、液相之间的密度差，使得密度大于液相的固相下沉，从而实现固液相分离的水处理构筑物，它担负着去除原水中大量悬浮物的任务，是必不可少的主体工艺，占到工程总体投资的25%。 项目模型 2.1 物理模型 项目模型 2.2 计算模型 平流式沉淀池的实际流动过程为固液两相流动，但由于污泥颗粒较小，密度与水接近，为简化模拟过程的复杂性，可以将固液两相体系视为拟均相，在模拟过程中直接采用纯水的物理特性。此外，池底坡度较小，对水流流态影响小，在模拟中将池底设计为平底。沉淀池的排泥过程一般是间歇性的，所以不考虑沉淀池的排泥过程。 项目模型 2.3 边界条件 K-ε湍流模型 Solver：2-D，steady，segregated 离散方法：implicit，second order 压力-速度耦合算法：SIMPLE 残差：均控制≤0.00001 模拟结果及分析 3.1 不设挡板的进水方式 模拟结果及分析 3.2 设挡板的进水方式 模拟结果及分析 3.3 设穿孔花墙的进水方式 进水口仍采用0.5 m高，进水速度0.1m/s，穿孔花墙位置同样位于距进水口1 m处，穿孔花墙高1.6 m，墙面开20×20 mm方形开孔，孔间墙壁厚度0.1 m，水深1.4 m至池底为缓冲区，不设孔眼，以免冲动污泥；此外本模拟中考虑降低出水溢流堰负荷的措施，通过采用在池端增加多道指形出水槽的措施，以增加出水槽总长度，降低出水堰负荷，增加出水稳定性。 结论与建议 4.1 结论 （1）进水不设挡板时，死水区较大，易短流，进水分布不均匀，且有旋涡产生；设挡板时，流态有较大改善，死水区较小，沉淀区水流分布较均匀，流态较稳定，但仍存在涡旋和反射流等干扰流动；设穿孔花墙的进水方式，通过穿孔花墙能均匀配水，降低进水速度，具有整流左右，使水流基本以层流方式通过沉淀区，死水区面积极小，而且沉淀区基本没有涡旋出现，对提高沉淀效果较为有利。 结论与建议 （2）沉淀池端部直接出水的方式容易导致出水堰负荷较高，出水流速大，容易形成跑泥现象；若改用多指形槽出水的方式，显著降低了出水堰负荷和出水流速，出水流态稳定，不容易跑泥。 结论与建议 4.2 建议 （1）对更多的常用水处理构筑物进行CFD模拟，找出其中的水流流态特征，为进一步开发常规水处理构筑物的处理潜力，优化结构设计打下理论基础。 （2）利用CFD缩短新型水处理构筑物和设备的开发周期，节省开发过程中的成本投入。 （3）直接利用CFD软件探索实验室规模反应器的放大规律。 谢 谢 请提出宝贵的意见和建议。 * * 平流式沉淀池是水处理中应用最早的沉淀池类型，而且具有结构简单，沉淀效果好，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，受风力影响较小，广泛应用于给水和污水处理中。 但是在实际工程运行中也发现了一些问题，如涡流、异重流，进水分布不均匀或短流现象等，这些都会干扰沉淀池的正常运行，导致沉淀效果变差，影响整个水处理系统。 因此，可以采用CFD的方法模拟沉淀池流态，找出限制性因素，优化池型结构。 表1 沉淀池物理原型主要结构尺寸(单位：m) 0.015 池底坡度 0.5 泥斗下宽 4.5 泥斗上宽 3 有效水深 0.2 出口堰上水头 0.5 入口高度 4.5 池宽 30 池长 沉淀池表面速度分布图 距入口0.7m处速度纵剖面图 距进水口0.7m处纵断面速度分布图 水深1m处横向剖面速度分布图 水深1m处横向剖面速度分布图 * * * * *