BAF曝气管道系统设计优化的数值模拟研究

发布时间：2017-04-13 09:00

  本文关键词：BAF曝气管道系统设计优化的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：曝气生物滤池(BAF)作为一种出水水质好、抗负荷能力强、节省占地的生物膜工艺,在污水处理领域有着广泛的应用。本研究根据某处理厂BAF工艺曝气效率不高、耗能大的问题,选用流体力学基本控制方程、欧拉多相流模型,多孔介质模型以及k-ε湍流模型对曝气生物滤池池内曝气系统进行了多层次的数值模拟。首先对池底配气管道内气体流动进行了二维模拟,包括环状管道、单边及中心进气枝状配气管道三种形式,通过对模拟得到的速度和压力分布特点分析得出:原有双进气立管环状配气管道的滤池池角出现曝气死区是由其流场决定的,提高进气流量或改为单进气环状独立配气管道也不能完全解决问题;在总耗能不变的前提下,中心枝状及单边枝状进气均可达到良好的曝气均匀性。通过对BAF池内有无滤料两种情况下的二相流三维模拟分析比较得出:曝气管立面上的气含率都要高于曝气管之间的立面,在高度上气含率逐渐增大且分布也趋向均匀,但有滤料情况下气含率要更高。最后对滤池滤料的因生物膜生长的变化所带来的气液二相流的变化进行了小尺度数值模拟研究,通过对滤料粒径增大前后的速度和湍动能分布分析得出:滤料表面生物膜的增厚,降低了滤料颗粒之间的空隙率,空气和水的速度增大,湍动能变大,使更多悬浮物冲刷到滤料上层,加剧了上层滤料的堵塞,水头损失增加。这些可为BAF的曝气管道布置方式及工艺的优化提供有应用价值的参考。
【关键词】：曝气生物滤池 数值模拟 配气管道 气液两相流
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 前言9
• 1.2 曝气生物滤池水处理工艺简介9-16
• 1.2.1 曝气生物滤池的基本工作原理及特点10-12
• 1.2.2 曝气生物滤池的基本形式12-14
• 1.2.3 曝气生物滤池曝气14-15
• 1.2.4 曝气生物滤池实验研究概述15-16
• 1.3 曝气生物滤池数值模拟的研究现状16-19
• 1.3.1 CFD的概述及应用17
• 1.3.2 废水处理反应器领域中的CFD应用17-18
• 1.3.3 曝气生物滤池的数值模拟概述18-19
• 1.4 课题研究的目的及意义19-20
• 1.5 课题研究的内容及技术路线20-22
• 1.6 本章小结22-23
• 第二章 曝气生物滤池数值模拟模型概述23-29
• 2.1 流体力学基本控制方程23-25
• 2.1.1 质量守恒方程23-24
• 2.1.2 动量守恒方程24-25
• 2.2 湍流模型25
• 2.3 多相流模型25-27
• 2.3.1 体积分数26
• 2.3.2 相间拽力26-27
• 2.4 多孔介质模型27-28
• 2.5 数值计算方法28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 曝气生物滤池池底配气管道的数值模拟研究29-47
• 3.1 原型双进气环状配气管道的二维数值模拟研究29-36
• 3.1.1 双进气环状配气管道的几何模型与网格29-31
• 3.1.2 模型边界条件31
• 3.1.3 模拟结果及分析31-36
• 3.2 单进气环状配气管道的二维数值模拟研究36-39
• 3.2.1 单进气环状配气管道的几何模型及网格36-37
• 3.2.2 模型边界条件37
• 3.2.3 模拟结果及分析37-39
• 3.3 单边进气枝状配气管道的二维数值模拟39-42
• 3.3.1 单边进气枝状配气管道的模型及网格39-40
• 3.3.2 模型边界条件40
• 3.3.3 模拟结果及分析40-42
• 3.4 中心进气枝状配气管道的二维数值模拟42-46
• 3.4.1 中心进气枝状配气管道的模型及网格43
• 3.4.2 模型的边界条件43
• 3.4.3 模拟结果及分析43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 曝气生物滤池气液二相流模拟47-67
• 4.1 曝气生物滤池几何模型及网格划分47-48
• 4.2 曝气生物滤池无滤料情况下的气液二相流模拟48-55
• 4.2.1 边界条件48
• 4.2.2 模拟结果及分析48-55
• 4.3 曝气生物滤池添加滤料情况下的气液二相流模拟55-62
• 4.3.1 边界条件56
• 4.3.2 模拟结果及分析56-62
• 4.4 曝气生物滤池不同气水比工况下的数值模拟62-66
• 4.4.1 工况设置62-63
• 4.4.2 模拟结果及分析63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 气液二相流通过滤池滤料的小尺度二维数值模拟67-72
• 5.1 建立的几何模型及网格67-68
• 5.2 边界条件68
• 5.3 结果及分析68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 在学研究成果78-79
• 致谢79

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