基于FLUENT对微涡絮凝澄清池的数值模拟及试验研究

发布时间：2020-08-27 19:02

【摘要】：给水处理行业中比较常规的处理工艺包括:混合、絮凝、过滤、消毒,其中絮凝在水处理工艺中占有重要的地位,絮凝效果的好坏直接决定着出水的水质优劣,因此对絮凝的研究尤为重要。传统的絮凝理论是基于层流的条件导出的,而实际絮凝反应中,澄清池内流体的流态并非层流状态,湍流占主要部分,通过传统的混凝理论对絮凝的解释存在局限性,因此本课题的重点是运用现代絮凝动力学中的微涡旋理论探究混凝机理。澄清池内部流态分布对絮体的形成具有重要作用,但湍流又是很复杂的流动状态,目前对湍流特性没有一个公认的定义,试验分析和数学方法无法获取其流态分布。近年来随着计算机计算能力不断提高,许多学者开始使用CFD数值模拟对种种复杂的实际问题进行计算模拟。本文利用FLUENT数值模拟方法,探究栅条的设置对澄清池内部流场的影响。对速度云图、速度矢量图、湍动能云图、湍动能耗散率云图以及湍动能、湍动能耗散率和平均涡旋尺寸进行分析,结合微涡旋理论,确定最佳的栅条几何尺寸,为混凝提供最有利的水力条件;然后进行验证试验,研究池体水力条件的变化对絮体分形维数及其出水浊度的影响。具体的研究内容和成果如下:(1)数值模拟:探究栅条直径(D=5mm,10mm,15mm),栅条长度(L=10cm,20cm),栅条数量(N=5,9),以及入口速度(V=0.2,0.5,1.0,2.0)的改变,对澄清池内部流场的影响,通过单因素的数值模拟,可知随着栅条直径和栅条数量的增多,栅条周围湍动能和湍动能耗散率增大,产生的涡旋数量增加,涡旋的尺寸减小,栅条长度的变化,模拟结果基本一致,故依次确定最佳的栅条直径为15mm,栅条长度为10cm,栅条数量为9。随着流速的增加,池体内平均涡旋尺寸减小,流量增大具有降低涡旋尺寸的作用,湍动能和湍动能耗散率也增大,相应的水流剪切力增大,混凝过程应将其控制在合理范围。(2)试验分析:对设置最优栅条(D=15mm,L=10cm,N=9)和未设置栅条的澄清池进行混凝实验,分别测试两种工况下絮体的分形维数和出水浊度。结论:设置栅条的澄清池内形成的絮体分形维数较大,絮体的密实度,强度等特性增强;同时其出水浊度也较低,栅条的设置提高了絮凝效果,改善了出水水质。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU991.2
【图文】：

技术研究路线图

图 2.1 层流条件下颗粒碰撞示意图处于层流状态下的流速分布，i 和 j 颗粒均跟随着水 j 颗粒，则在某一时刻，i，j 必将碰撞。假设水中，则在以 j 颗粒中心为圆心，以 R 为半径的范围内理后碰撞速率的公式如下：2 3043N n d GuGz 度梯度，-；邻两流层的流速增量， ；直于水流方向的两流层之间的距离，cm；粒数量浓度，个 粒粒径，水流并非层流，湍流占主要部分，流体内部存在

l 1uw Gt t z z 转线速度度梯度 J = x y z 转矩， 为剪应力， 为作用在隔离体上的剪力角速度的乘积，单位体积水流所消耗功率 p 如下：J w G x y zp Gx y z x y z 擦定律， ，带入上式得：pG 的动力粘度，Pa s；位体积流体所消耗的功率， ；度梯度，-；

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本文编号：2806496