沉淀池工况的数值模拟及流场测量
发布时间：2023-05-14 21:18
近些年随着社会经济的快速发展,我国水污染问题尤为突出,同时随着居民生活质量的提高,对水质标准的要求更加严格。因此对水处理各构筑物的处理功能提出了更高的要求,本文主要利用计算流体动力学的方法研究了对沉淀池内水流流动及污染物沉淀特性产生影响的主要因素。对现有沉淀池运行状况进行分析,优化主要设计参数的取值范围,以期更大程度的发挥沉淀池的功能,使其经济低耗的运行。 当前沉淀池的设计主要基于理想模型,依据水力负荷或水力停留时间来确定池子的尺寸,假定沉淀池内水流为均一流速的理想模型,常常不能较好地反映出实际情况,实际沉淀池内水流的流态受到池体的几何形状、污染物浓度、温度及风速等因素的影响,悬浮污染物的传质沉淀主要受到水流运动特性的影响,因而沉淀池对污染物的去除率也受到这些外界因素的影响而发生变化。为了研究沉淀池在不同条件下的运行状况,需对沉淀池内水流的流场进行研究,沉淀池内水流流态实际为湍流,需要建立湍流模型。本文的主要研究工作和成果如下: 建立了描述沉淀池内的水流流动、混合与沉淀特性的k-ε双层模型及传质沉降模型,结合文献中经典的实验结果进行数学模型及计算方法的验证:检验了不同雷诺数范围内水流由...
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景
1.2 沉淀池的类型
1.2.1 按池内水流方向分类
1.2.2 按工艺布置分类
1.3 沉淀池的设计
1.3.1 设计规范及参数规定
1.3.2 一般规定
1.3.3 设计的规定及说明
1.4 沉淀池的研究现状
1.4.1 速度及浓度场的研究
1.4.2 温度对流场的影响
1.4.3 沉降模型的研究
1.4.4 优化设计的研究
1.5 研究的目的与意义
1.6 本文的研究内容
第2章 数值模拟的理论基础及数学模型
2.1 流体运动的基本方程
2.1.1 连续性方程
2.1.2 运动方程
2.1.3 能量方程
2.1.4 异质扩散方程
2.1.5 布辛涅斯克近似方程组
2.2 湍流的基本方程
2.2.1 连续性方程
2.2.2 动量方程
2.2.3 能量方程
2.2.4 扩散方程
2.3 湍流的计算模型
2.3.1 湍动能方程
2.3.2 湍动能耗散率方程
2.3.3 雷诺传热与传质方程
2.4 三维定常对流扩散方程的混合有限分析格式
2.5 计算技术与方法
2.5.1 交错网格
2.5.2 SIMPLE算法
2.6 本章小结
第3章 平流沉淀池的数值模拟
3.1 平流沉淀池内水流的雷诺数和流态分析
3.2 常湍流粘性系数模型的应用
3.2.1 数学模型及计算方法
3.2.2 计算结果及分析
3.2.3 与自控结合的讨论
3.3 二维湍流k-ε模型的应用
3.3.1 数学模型及边界条件
3.3.2 流场计算结果
3.3.3 传质过程
3.3.4 沉淀池内流场变化的规律
3.4 沉淀池流场三维分析
3.4.1 三维数学模型
3.4.2 方程的无量纲化
3.4.3 固壁边界的处理——壁函数法
3.4.4 计算结果及讨论
3.5 本章小结
第4章 圆形沉淀池的数值模拟
4.1 数学模型及边界条件
4.2 圆形沉淀池温度对流场的影响研究
4.2.1 无温差的影响
4.2.2 低温水进入高温水的影响
4.2.3 高温水进入低温水的影响
4.3 本章小结
第5章 沉淀池内速度场的测量及验证
5.1 实验装置及测量系统
5.1.1 实验装置
5.1.2 速度测量系统
5.1.3 实验工况参数
5.2 实验结果及其分析
5.2.1 流量及挡板高度对流场的影响
5.2.2 中部进水时流场的测量
5.2.3 流场的三维测量
5.2.4 风速对流场的影响
5.3 本章小节
第6章 沉淀池的优化设计
6.1 污染物的去除率模型
6.2 非均一颗粒模型
6.3 均一颗粒模型
6.3.1 挡板的淹没深度
6.3.2 沉淀池长度与有效水深之比的设计
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士期间所发表的学术论文
致谢
个人简历
本文编号：3817787
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景
1.2 沉淀池的类型
1.2.1 按池内水流方向分类
1.2.2 按工艺布置分类
1.3 沉淀池的设计
1.3.1 设计规范及参数规定
1.3.2 一般规定
1.3.3 设计的规定及说明
1.4 沉淀池的研究现状
1.4.1 速度及浓度场的研究
1.4.2 温度对流场的影响
1.4.3 沉降模型的研究
1.4.4 优化设计的研究
1.5 研究的目的与意义
1.6 本文的研究内容
第2章 数值模拟的理论基础及数学模型
2.1 流体运动的基本方程
2.1.1 连续性方程
2.1.2 运动方程
2.1.3 能量方程
2.1.4 异质扩散方程
2.1.5 布辛涅斯克近似方程组
2.2 湍流的基本方程
2.2.1 连续性方程
2.2.2 动量方程
2.2.3 能量方程
2.2.4 扩散方程
2.3 湍流的计算模型
2.3.1 湍动能方程
2.3.2 湍动能耗散率方程
2.3.3 雷诺传热与传质方程
2.4 三维定常对流扩散方程的混合有限分析格式
2.5 计算技术与方法
2.5.1 交错网格
2.5.2 SIMPLE算法
2.6 本章小结
第3章 平流沉淀池的数值模拟
3.1 平流沉淀池内水流的雷诺数和流态分析
3.2 常湍流粘性系数模型的应用
3.2.1 数学模型及计算方法
3.2.2 计算结果及分析
3.2.3 与自控结合的讨论
3.3 二维湍流k-ε模型的应用
3.3.1 数学模型及边界条件
3.3.2 流场计算结果
3.3.3 传质过程
3.3.4 沉淀池内流场变化的规律
3.4 沉淀池流场三维分析
3.4.1 三维数学模型
3.4.2 方程的无量纲化
3.4.3 固壁边界的处理——壁函数法
3.4.4 计算结果及讨论
3.5 本章小结
第4章 圆形沉淀池的数值模拟
4.1 数学模型及边界条件
4.2 圆形沉淀池温度对流场的影响研究
4.2.1 无温差的影响
4.2.2 低温水进入高温水的影响
4.2.3 高温水进入低温水的影响
4.3 本章小结
第5章 沉淀池内速度场的测量及验证
5.1 实验装置及测量系统
5.1.1 实验装置
5.1.2 速度测量系统
5.1.3 实验工况参数
5.2 实验结果及其分析
5.2.1 流量及挡板高度对流场的影响
5.2.2 中部进水时流场的测量
5.2.3 流场的三维测量
5.2.4 风速对流场的影响
5.3 本章小节
第6章 沉淀池的优化设计
6.1 污染物的去除率模型
6.2 非均一颗粒模型
6.3 均一颗粒模型
6.3.1 挡板的淹没深度
6.3.2 沉淀池长度与有效水深之比的设计
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士期间所发表的学术论文
致谢
个人简历
本文编号：3817787
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