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潜水搅拌机的一种水力设计及其优化方法的探讨

蔡许  
【摘要】:潜水搅拌机是生物法污水处理中一项重要的污水处理工艺,在日常生产中受到广泛关注和应用。在污水处理过程中,常用的耗能设备有风机,水泵和潜水搅拌机,潜水搅拌机是其中一种重要的污水处理设备,其工作原理是通过搅拌污水使活性污泥与污水充分发生生化反应,阻止生物池内活性污泥沉积现象出现,而潜水搅拌机的叶轮性能直接影响水质达标与否。目前国内学者对于潜水搅拌机叶轮的研究仅限于叶轮叶片数、叶轮直径等外型特征方面,关于潜水搅拌机叶轮叶片翼型方面的研究鲜有成果,与此同时,国内尚缺乏一套比较有效的潜水搅拌机叶轮叶片的水力设计方法。因此,对潜水搅拌机叶轮叶片翼型以及水力设计方法进行深入的研究在潜水搅拌机的结构设计和最优化的应用发挥着重要作用,并为污水处理行业提供了扎实的理论基础和节能动力。本文研究内容和成果具体如下:1.建立多面体网格与棱柱层网格结合的网格模型。在标准k-ε湍流模型的基础上,对潜水搅拌机进行了定常数值模拟,并通过推力试验验证数值模拟方法的正确性。以此得到了潜水搅拌机的数值计算方法,为本文的研究奠定基础。2.提出利用轴流泵的水力设计方法—流线法对潜水搅拌机叶轮进行设计,并以此设计得到一款初始潜水搅拌机叶轮的三维水力模型,基于CFD研究方法和标准环形检验池对其搅拌效果和在轴流泵安装形式下的外特性进行了研究,结果表明,搅拌效果尚佳,但仍需优化。3.提出了将轴流泵设计中速度环量分布优化方法应用到潜水搅拌机叶轮的翼型优化当中,并得到了环量分布和叶翼型进出口安放角的关系。4.基于速度环量分布优化设计方法,对初始潜水搅拌机叶轮水力模型的翼型进行优化,得到了一系列的进出口安放角不同的三维水力模型,并基于CFD研究方法和标准环形检验池,对其进行数值计算,统计环量分布以及各个水力参数,最终得到搅拌效果最佳情况下的环量分布曲线。5.基于最优环量分布曲线,对已有的潜水搅拌机叶轮进行了优化设计,据CFD后处理结果显示,经过优化后的已有的潜水搅拌机的搅拌效果显著变强,验证了该速度环量分布曲线的准确性。


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