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污水处理搅拌机的数值模拟与实验研究

田飞  
【摘要】: 污水处理是当今环境保护部门和企业解决环境污染中废水污染的一项重要措施,城市污水处理设施已成为现代化城市经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分。污水处理搅拌机作为主要的污水处理设备,它是一种新型、高效的污水处理搅拌机械,用途极广,适用于工业和城市以及农村污水处理场曝气池和厌氧池污水的处理。叶轮是搅拌过程的主要换能器件,它将旋转的机械能转化为流体的动能,叶轮的结构形状和运转情况是决定搅拌流场分布和能量转化效率的重要因素。因此,非常有必要利用现代设计方法研究开发高效的污水处理搅拌机,并对污水处理搅拌池内的流场进行研究。 由于污水处理搅拌机叶片的设计理论较为缺乏,本文尝试借鉴轴流泵与船用螺旋桨的转轮设计理论来设计污水处理搅拌机叶片。 主要研究工作和成果包括: (1)简要总结了翼型叶轮的三种常用设计理论,并对他们的特点进行了分析,在此基础上利用水力设计软件设计了一种污水处理搅拌机叶片。 (2)利用CFD软件FLUENT,采用多重参考系法,进行了污水处理搅拌池内流体流场的数值模拟,分析了流场的宏观规律、速度特性。得出结论:该污水处理搅拌机主要产生轴向流。 (3)通过改变污水处理搅拌机的设计参数或安装参数,分组进行CFD数值模拟,对数值模拟结果进行对比分析后发现:(a)污水处理搅拌机偏离窄边,以15°安装时,污水处理搅拌机服务面积最大,池内流体最能达到搅拌要求;(b)理论分析得出污水处理搅拌机搅拌污水处理池时,其推力与功率的计算公式,同时得出推力与流体密度成正比的结论。并利用FLUENT 6.3数值模拟验证了这点;(c)通过分析和对比有/无导流壳污水处理搅拌机分别搅拌的污水处理池内流体的流场分布,得出导流壳的作用主要是轴向导流作用,且减少了池壁边界对流体的影响。这些研究为污水处理搅拌机的优化设计提供理论指导与工程指导。 (4)对带导流壳的污水处理搅拌机进行了实验研究,搭建实验台,对其推力与搅拌的污水处理池内的流速测量分析,并绘制流场,同时与数值模拟结果进行了对比分析。


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