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《武汉理工大学》 2015年
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DE氧化沟流场的数值模拟与优化研究

张红伟  
【摘要】:氧化沟(oxidation ditch)工艺以其经济、简便、高效的突出优势被广泛应用于城市污水与工业废水的处理中,但由于氧化沟的尺寸大,沟道中的流场复杂,氧化沟在动力不足时,污泥在低流速下容易发生沉积,影响氧化沟的正常运行。研究氧化沟内部流场的分布特点,可分析出氧化沟中容易发生污泥沉积的区域以及氧化沟不同的结构形式对流场分布的影响,为氧化沟的设计以及运行提供参考。本文借助Pro/E软件以及Fluent软件,以武汉某污水厂的DE氧化沟为原型,建立与实际氧化沟尺寸相同的氧化沟几何模型。同时利用Pro/E软件建立氧化沟水下推流设备的三维模型,改进了以往数值模拟中采用风扇模型来实现对水下推流器简化模拟的处理方法,使氧化沟内流场的模拟更加精确。在Fluent平台上采用RNG K-?湍流模型、滑移网格模型和SIMPLEC算法,模拟氧化沟内部流场的分布特点。结果表明氧化沟内挡流板的设置促进了上层水流和下层水流的垂直混合,使氧化沟内流速分布更加均匀。而导流墙的设置避免了弯道内壁附近水流呈现停滞回旋状态,确保了水流能平稳通过氧化沟弯道,但在氧化沟底部依然存在低速区,低速区主要集中在中隔墙两端弯道水流下游处。实际工况下氧化沟内部流速分布复杂,不同深度的水流速度分布不同,采用二维模型已无法实现对氧化沟的准确模拟。在Fluent软件平台上建立了安装有水下推流器的长方形搅拌池沟渠模型,在污水-污泥两相环境下对氧化沟中常用的低速大直径水下推进器与高速小直径水下搅拌器形成的流场进行了数值模拟。结果表明,两种水下推流器均可产生明显的推流作用,但低速大直径水下推进器形成的搅动半径更大,整体的推流流速高,污泥沉降率低,且在提供相同的推力时所需的功率更低,结果表明DE氧化沟中更适合安装低速大直径水下推进器作为氧化沟中的水下推流器。相关模型的数值模拟结果表明本文中的DE氧化沟需对导流墙进行偏置,导流墙圆心宜设置在上游沟道,最优偏心距为0.5m,结果与原设计相同。通过数值模拟对氧化沟的结构优化进行了研究,结果表明采用导流墙在下游方向延伸3m的方案,并没有改善氧化沟内的流速分布,而在弯道处设置两道导流墙且导流墙圆心设置在上游沟道的方案能改善氧化沟内的流速分布,缩小氧化沟底部低速区的面积,是氧化沟结构优化的方向。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X703

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【参考文献】
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