基于CFD的餐厨垃圾生化处理机搅拌流场仿真研究及应用

发布时间：2024-04-20 11:42

　　目前,我国餐厨垃圾的年产量巨大,是城市生活垃圾的重要组成部分。利用传统方式处理餐厨垃圾还存在诸多问题,因此,对于餐厨垃圾资源化处理方法——生化处理机的研究便成为该领域的新方向。然而,餐厨垃圾生化处理机现有的设计方法均基于工程经验,通过与现有产品进行类比设计,尚缺乏理论性研究的指导。同时,不同的搅拌结构、不同的物料性质等因素均会影响处理的速度,而处理速度减慢会造成搅拌时间增长,从而增大能耗,这在大型处理机上显得尤为严重。因此,本文以北京瑞杰灵通环境技术有限公司现有餐厨垃圾生化处理机的搅拌流场作为研究对象,应用搅拌混合机理和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的基本理论,采用基于压力的分离求解方法、RNGκ-ε湍流模型、VOF模型以及多重参考系法,利用Fluent6.3软件对其内部流场的速度和湍流动能分布等进行了模拟和研究。 首先,根据原有处理机建立流体域模型,利用Fluent软件模拟获得流场速度、湍流动能等分布情况,由仿真获得的搅拌轴总扭矩值计算得到轴功率值,并通过轴功率经验公式计算验证仿真结果的正确性。其次,分别对不同搅拌轴转速、不同物料黏度...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题来源与研究背景
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究背景
    1.2 餐厨垃圾生化处理机搅拌流场仿真的研究进展
        1.2.1 概述
        1.2.2 餐厨垃圾生化处理机的研究现状
        1.2.3 搅拌反应器CFD模拟的研究现状
    1.3 研究的目的与意义
    1.4 课题研究的主要内容
2 餐厨垃圾生化处理机流场仿真的理论基础
    2.1 搅拌混合技术
        2.1.1 搅拌混合的原理
        2.1.2 搅拌设备的特性参数
    2.2 搅拌器流场模拟的控制方程与模型
        2.2.1 基本控制方程
        2.2.2 湍流模型
        2.2.3 气—液两相流的模拟模型
    2.3 搅拌机械的模拟方法
        2.3.1 多重参考系法
        2.3.2 滑移网格法
        2.3.3 混合平面法
    2.4 本章小结
3 餐厨垃圾生化处理机流场数值模拟与结果分析
    3.1 搅拌反应器的几何建模
    3.2 搅拌反应器模型的Gambit前处理
        3.2.1 网格划分
        3.2.2 流体区域类型和边界条件设置
    3.3 餐厨垃圾生化处理机的流场模拟过程
        3.3.1 求解器的设置
        3.3.2 环境变量与物料参数的设置
        3.3.3 物理模型的设置
        3.3.4 边界条件的设置
        3.3.5 Fluent求解
    3.4 数值模拟结果及分析
        3.4.1 生化处理机的宏观流场——速度矢量图
        3.4.2 生化处理机的湍流动能分布——湍流动能云图
        3.4.3 生化反应器的速度性能与湍动性能研究
        3.4.4 生化处理机的轴功率计算与验证
    3.5 本章小结
4 工艺参数研究与改进设计
    4.1 工艺参数研究
        4.1.1 不同搅拌轴转速对流场的影响
        4.1.2 不同物料黏度对流场的影响
        4.1.3 不同桨叶安装角度对流场的影响
        4.1.4 正交模拟实验与极差分析
    4.2 改进设计与模拟实验验证
    4.3 改进设计方案的应用
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
申请学位期间的研究成果及发表的学术论文
致谢



本文编号：3959357