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水处理絮凝动力学的试验研究和数值模拟

邹琳  
【摘要】:絮凝设备的水力学特性是影响絮凝反应效果的重要因素。本论文结合试验和数值模拟进行的不同水力学条件对絮凝效果影响的研究,对合理选择絮凝工况、提高絮凝效率和优化絮凝工艺有预测作用和实际指导意义。 本论文进行的主要工作如下: 1.应用烧杯试验进行改变絮凝反应容器的形状、絮凝阶段的转速、搅拌桨的几何尺寸和桨叶置水样中的高度等水力学条件对絮凝效果影响的试验研究,得到各情况下较合理的絮凝动力学条件。 2.在总结国内外对搅拌槽中水流流场研究成果的基础上,应用计算流体力学软件FLUENT对上述试验中不同水力学条件下、容器内的水流流态进行三维数值模拟,以计算所得的有效能耗ε和微涡旋尺度九作为评价絮凝是否充分的标准,对絮凝过程中的复杂现象作出合理解释与分析。 通过试验研究和数值模拟,本论文得到以下结论: 1.对烧杯试验的结果分析得到:容器形状对絮凝阶段转速的影响最大,而对其他因素如混合阶段的转速与时间,絮凝和沉淀时间的影响较弱:在同一圆形容器中,合理选择絮凝阶段搅拌桨的转速、适当增大桨叶划水面积、调节桨叶置水样中的高度都能改善水流流动状况,优化絮凝效果,降低剩余浊度。 2.对数值模拟的结果分析得到:圆形容器中水流缓和,用于絮凝的整体平均有效能耗较高,方形容器有较好的阻流作用,但其四个直角处会形成明显的死水区,阻碍局部流体运动,不利于局部絮凝体的成长;同一圆形容器中合理的絮凝搅拌转速所产生的水流紊动效果,既促进桨叶区颗粒之间有效碰撞,又保证主流区絮凝体结合键牢固不被强大的剪切力打碎;适当增大搅拌桨划水面积能带动更多流体运动,扩大主体流动作用范围,促进更多颗粒的碰撞接触;搅拌桨置水样中高度应同时兼顾两方面因素,即增大容器上方水流紊动和减小桨叶正下方速度较小区范围。


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