旋流—平流沉砂池的构建及数值模拟

发布时间：2017-05-24 05:05

  本文关键词：旋流—平流沉砂池的构建及数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于空气污染及冲刷屋顶、地面上的污染物等,我国初期雨水污染严重,收集后无法直接利用,若直接排放,会对河流等造成污染。因此初期雨水处理极为重要。旋流和平流沉砂池是雨水处理工艺中常用的构筑物,然则在长期的实际运用过程中发现,因为旋流沉砂池存在着配水困难,搅拌桨上容易缠绕纤维物质,能耗大,以及产生的泥砂难于处理等问题,给污水处理带来很大的困难;平流沉砂池存在着占地面积大,处理效果好但效率低下的问题。本文所研究旋流—平流沉砂池是一种运用于初期雨水处理的新型处理工艺,其采取串联模式将格栅、混凝加药、旋流沉砂池以及平流沉砂池有机的联系起来,对初期雨水处理有重要的意义。文中以计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)为基础,对旋流沉砂池和平流沉砂池分别进行了数值模拟,为旋流—平流沉砂池的设计提供有效的理论依据及部分设计参数。在旋流沉砂池设计过程中,通过编写UDF程序,实现旋流沉砂池内水力桨板的顺利应用,同时在计算过程中采用了多重参考系(MRF)技术。在模拟分析的过程中采用单因素控制法,在一定条件下,分别对进水流速、桨板叶片角度、桨板叶片数量,以及桨板距旋流沉砂池底部的距离等因素对旋流沉砂池除砂效果的影响做了计算分析。模拟计算结果表明,本文中旋流沉砂池在进水流速为1.0m/s,桨板叶片数量为3,倾角为60°,桨板距池底50mm时,沉砂效果最好。在平流沉砂池的数值计算中,对平流沉砂池内回流现象的发生进行了分析说明,结果表明,由进水口处挡板的设置引起的回流有利于固体颗粒物的沉降,因此本文分析了在无挡板、挡板的水平位置在0.5m、1.0 m、1.5m、2.0 m处时对沉砂池流场造成的影响,得出结论:挡板在水平位置为1.5m处时,沉砂池除砂率最高。以旋流沉砂池和平流沉砂池的模拟计算结果做为理论支撑,利用旋流沉砂池和平流沉砂池的模拟中能达到最大除砂率的设计参数建立旋流—平流沉砂池,并进行抗冲击模拟。最终得到结论:旋流—平流沉砂池在进水流速为1.0m/s,旋流沉砂池部分利用水力桨板,且桨板叶片数量为3,倾角为60°,桨板距池底50mm;平流沉砂池部分进水口挡板的水平位置在1.5m,池底坡度为0.02时,除砂率可达78.83%,同时可到达高效节能的目标;当进水流量扩大至1~1.3倍时,旋流—平流沉砂池除砂率可保证在78%左右,流量再增大会导致除砂率下降;当水质条件恶化1~1.1倍时,旋流—平流沉砂池除砂率可保证在78%左右,水质再恶化会导致除砂率下降。
【关键词】：初期雨水 旋流沉砂池 平流沉砂池 数值模拟 除砂率
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU992
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 文献综述与选题11-19
• 1.1 研究课题的意义11-14
• 1.2 本课题的国内外研究现状14-17
• 1.2.1 国外相关研究现状15-16
• 1.2.2 国内相关研究现状16-17
• 1.3 本课题研究内容及研究方法17-19
• 1.3.1 本课题的研究内容17-18
• 1.3.2 本课题的研究方法18-19
• 第二章 旋流—平流沉砂池的构建19-23
• 2.1 沉砂池的分类19-21
• 2.1.1 平流沉砂池19-20
• 2.1.2 曝气沉砂池20
• 2.1.3 旋流沉砂池20-21
• 2.2 旋流—平流沉砂池21-23
• 2.2.1 组合及其功能21
• 2.2.2 各部分作用21-22
• 2.2.3 运行方式22-23
• 第三章 旋流—平流沉砂池的数学模拟23-35
• 3.1 控制方程23-24
• 3.1.1 质量守恒方程23
• 3.1.2 动量守恒方程23-24
• 3.1.3 能量守恒方程24
• 3.1.4 组分质量方程24
• 3.2 边界条件24-25
• 3.3 Fluent中数学模型的建立25-34
• 3.3.1 Fluent的介绍25-26
• 3.3.2 控制方程的离散化26-28
• 3.3.3 数值方程的离散格式28
• 3.3.4 Fluent中具体的控制方程28-33
• 3.3.5 边界条件的设置33-34
• 3.3.6 流场数值计算的方法34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 旋流沉砂池部分的水力模拟35-55
• 4.1 旋流沉砂池的模型35-37
• 4.1.1 几何模型35
• 4.1.2 模型网格的划分35-37
• 4.2 模型边界条件的设置37-41
• 4.2.1 进出水口边界条件设置37
• 4.2.2 桨板区域（动区域）的设置37-39
• 4.2.3 桨板的具体设置39-40
• 4.2.4 旋流沉砂池模型计算的设置40-41
• 4.3 旋流沉砂池部分单因素对比模拟41-49
• 4.3.1 进水口流速对沉砂效果的影响41-44
• 4.3.2 桨板叶片角度对沉砂池除砂率的影响44-47
• 4.3.3 桨板距池底的距离对除砂率的影响47-48
• 4.3.4 桨板叶片的数量对除砂率的影响48-49
• 4.4 旋流沉砂池部分模拟结果及分析49-54
• 4.4.1 旋流沉砂池速度场分析49-51
• 4.4.2 旋流沉砂池压力场分析51
• 4.4.3 旋流沉砂池颗粒轨迹分析51-53
• 4.4.4 旋流沉砂池泥砂去除率分析53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 平流沉砂池部分的水力模拟55-67
• 5.1 平流沉砂池的模型55-56
• 5.1.1 几何模型55
• 5.1.2 网格的划分55-56
• 5.2 平流沉砂池边界条件设置56-57
• 5.3 平流沉砂池部分单因素对比模拟57-61
• 5.3.1 挡板位置对沉砂池的影响57-60
• 5.3.2 平流沉砂池池底坡度对除砂率的影响60-61
• 5.4 平流沉砂池的数值模拟及结果分析61-65
• 5.4.1 平流式沉砂池的速度场分析61-64
• 5.4.2 平流式沉砂池的颗粒轨迹分析64-65
• 5.4.3 平流式沉砂池的泥砂去除率分析65
• 5.5 本章小结65-67
• 第六章 旋流—平流沉砂池的水力模拟及分析67-77
• 6.1 旋流—平流沉砂池的计算参数67-68
• 6.1.1 格栅部分67-68
• 6.1.2 混凝加药单元68
• 6.1.3 旋流沉砂池与平流沉砂池部分68
• 6.2 旋流—平流沉砂池的模型68-69
• 6.3 旋流—平流沉砂池的模拟及计算结果说明69-74
• 6.4 旋流—平流沉砂池抗冲击模拟74-76
• 6.4.1 旋流—平流沉砂池抗流量冲击模拟75
• 6.4.2 旋流—平流沉砂池抗水质冲击模拟75-76
• 6.5 本章小结76-77
• 第七章 结论与建议77-85
• 7.1 结论77-78
• 7.2 建议78-85
• 致谢85-87
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文87

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本文编号：389848