厌氧反应器的数值模拟及优化
发布时间：2017-10-20 05:49
本文关键词：厌氧反应器的数值模拟及优化
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【摘要】：目前,研究者对废水处理领域应用最广泛的UASB反应器和发展潜力最大的IC反应器的研究主要集中在反应器的启动、运行特性及有机物去除效果等方面,未能运用化学工程、环境学科和计算机技术等多学科交叉优势对反应器进行水力学特征的研究,而反应器内流体力学特性的研究是反应器优化设计与放大的基础。因此本文利用Fluent技术对这两类反应器内部气液两相流场的二维分布状况进行数值模拟,主要考察了三相分离器角度和容积负荷(OLR)对UASB反应器流场的影响;高径比(H/D)、提升管直径与反应器内径比(Dr/D)、OLR对IC反应器内循环量的影响。主要研究内容及结论如下:(1)第二代厌氧反应器UASB的数值模拟:1)固定三相分离器角度为50o,通过改变不同的OLR(4、5、6、7kg COD/(m3·d))值来考察其对反应器流场的影响。模拟结果表明当OLR为5kg COD/(m3·d)时,反应器流场内的气液分布较均匀,且无液体流出。2)固定OLR为5 kg COD/(m3·d),通过改变不同的三相分离器角度(45o、50o、55o、60o)考察其对反应器流场的影响。模拟结果表明,当三相分离器角度为50o时,反应器进水底部湍流强度大,泥水混合作用最强;进入沉淀区气体少,对混合物的扰动小,有利于获得良好的固液分离效果。(2)第三代厌氧反应器IC的数值模拟:1)H/D取5,OLR取11.52 kg COD/(m3·d),当Dr/D(0.032、0.049、0.065、0.081、0.097、0.114)为0.081时该反应器内循环量达到最大值0.0079 m3/h;2)H/D取5,Dr/D取0.081,当OLR(8.64、10.08、11.52、12.96、14.40、15.84、17.28、18.7、20.16 kg COD/(m3·d))为17.28 kg COD/(m3·d)时该反应器内循环量达到最大值0.0099 m3/h。通过拟合获得了内循环量Y与产气量X间经验关联式Y=㧟0.142X3+1.8X2-6.43X+13.87。3)Dr/D取0.081,OLR为17.28 kg COD/(m3·d),H/D(3、4、5、6、7)为3时反应器内循环量达到最大值0.011m3/h。
【关键词】：UASB反应器 IC反应器 气液两相流 数值模拟 优化设计
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-10
- 1 绪论10-26
- 1.1 我国水污染现状及治理10-17
- 1.1.1 水污染的来源及特点11-14
- 1.1.2 水污染的治理14-15
- 1.1.3 废水处理方法的研究进展及应用15-17
- 1.2 厌氧反应器的发展历程17-21
- 1.2.1 第一代厌氧反应器17
- 1.2.2 第二代厌氧反应器17-19
- 1.2.3 第三代厌氧反应器19-20
- 1.2.4 第二代厌氧反应器UASB与第三代厌氧反应器IC的比较20-21
- 1.3 第二代UASB反应器与第三代IC反应器国内外研究现状21-23
- 1.3.1 UASB反应器与IC反应器在国内的研究现状21-22
- 1.3.2 UASB反应器与IC反应器在国外的研究现状22-23
- 1.4 研究意义、内容23-26
- 1.4.1 研究意义23-24
- 1.4.2 研究内容24-26
- 2 数学模拟方法及模型26-34
- 2.1 计算流体力学(CFD)概述26-28
- 2.2 数学模型28-30
- 2.2.1 欧拉-拉格朗日方法28
- 2.2.2 欧拉-欧拉方法28-30
- 2.2.3 湍流模型30
- 2.3 数值模拟过程30-31
- 2.4 国内外关于CFD技术在厌氧反应器模拟方面的应用现状31-32
- 2.5 小结32-34
- 3 第二代厌氧反应器UASB数值模拟34-50
- 3.1 UASB反应器的结构34
- 3.2 UASB反应器的工作原理34-35
- 3.3 UASB数值模拟方法35-41
- 3.3.1 计算网格划分35-36
- 3.3.2 边界类型的设定36
- 3.3.3 计算求解器的设定36-41
- 3.4 Fluent数值模拟结果及分析41-48
- 3.4.1 网格划分水平对模拟结果的影响41-42
- 3.4.2 OLR对UASB反应器内部流场的影响42-46
- 3.4.3 三相分离器的角度对UASB反应器内部流场的影响46-48
- 3.5 小结48-50
- 4 第三代厌氧反应器IC数值模拟及优化50-62
- 4.1 IC反应器的结构50-51
- 4.2 IC反应器的工作原理51
- 4.3 IC反应器的数值模拟方法51-53
- 4.3.1 模拟参数选取52-53
- 4.3.2 网格独立性的研究53
- 4.4 Fluent数值模拟结果及分析53-59
- 4.4.1 Dr/D对内循环量的影响53-55
- 4.4.2 反应器OLR对内循环量的影响55-57
- 4.4.3 H/D对内循环量的影响57-59
- 4.5 小结59-62
- 结论与展望62-64
- 参考文献64-70
- 附录70-71
- 攻读学位期间发表论文71-72
- 致谢72
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王卫京;陈理;;高浓度厌氧反应器流场的数值模拟[J];大连大学学报;2011年03期
2 晓闻;评价先进厌氧反应器的新技术[J];中国环境科学;1994年03期
3 赵小亮;王国栋;闫s，
本文编号：1065594
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