平流式沉淀池中水流流態(tài)的CFD模擬.ppt

平流式沉淀池中水流流態(tài)的CFD模擬,項(xiàng)目完成人：張 濤 200810103292 周澤廣 200810103537 陳艷艷 200820117838 指導(dǎo)教師：李秀喜 副教授 完成時(shí)間：2009年1月10日,主要內(nèi)容,項(xiàng)目簡(jiǎn)介 項(xiàng)目模型 模擬結(jié)果及分析 結(jié)論與建議,項(xiàng)目簡(jiǎn)介,1.1 CFD概述 計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡(jiǎn)稱CFD），它是建立在經(jīng)典流體動(dòng)力學(xué)與數(shù)值計(jì)算方法基礎(chǔ)之上的一門新型獨(dú)立學(xué)科，在使流場(chǎng)可視化，解決試驗(yàn)條件限制問(wèn)題，節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)用等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在航空航天、水利、化工、建筑、環(huán)境等領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。,項(xiàng)目簡(jiǎn)介,1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 應(yīng)用目前使用較廣泛的商業(yè)CFD軟件FLUENT6.0，對(duì)典型的污水處理構(gòu)筑物平流式沉淀池中的水流流態(tài)進(jìn)行模擬，分析其水力學(xué)特性，并對(duì)不同進(jìn)、出水改進(jìn)方式的沉淀池中的水流流態(tài)進(jìn)行模擬。,項(xiàng)目簡(jiǎn)介,1.3 項(xiàng)目背景 在常規(guī)水處理工藝中，通過(guò)重力沉淀作用來(lái)去除懸浮物(SS)是目前最常用的方法，沉淀池就是利用固、液相之間的密度差，使得密度大于液相的固相下沉，從而實(shí)現(xiàn)固液相分離的水處理構(gòu)筑物，它擔(dān)負(fù)著去除原水中大量懸浮物的任務(wù)，是必不可少的主體工藝，占到工程總體投資的25%。,平流式沉淀池是水處理中應(yīng)用最早的沉淀池類型，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沉淀效果好，對(duì)沖擊負(fù)荷和溫度變化的適應(yīng)能力較強(qiáng)，受風(fēng)力影響較小，廣泛應(yīng)用于給水和污水處理中。 但是在實(shí)際工程運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，如渦流、異重流，進(jìn)水分布不均勻或短流現(xiàn)象等，這些都會(huì)干擾沉淀池的正常運(yùn)行，導(dǎo)致沉淀效果變差，影響整個(gè)水處理系統(tǒng)。 因此，可以采用CFD的方法模擬沉淀池流態(tài)，找出限制性因素，優(yōu)化池型結(jié)構(gòu)。,項(xiàng)目模型,2.1 物理模型,表1 沉淀池物理原型主要結(jié)構(gòu)尺寸(單位：m),項(xiàng)目模型,2.2 計(jì)算模型 平流式沉淀池的實(shí)際流動(dòng)過(guò)程為固液兩相流動(dòng)，但由于污泥顆粒較小，密度與水接近，為簡(jiǎn)化模擬過(guò)程的復(fù)雜性，可以將固液兩相體系視為擬均相，在模擬過(guò)程中直接采用純水的物理特性。此外，池底坡度較小，對(duì)水流流態(tài)影響小，在模擬中將池底設(shè)計(jì)為平底。沉淀池的排泥過(guò)程一般是間歇性的，所以不考慮沉淀池的排泥過(guò)程。,項(xiàng)目模型,2.3 邊界條件 K-湍流模型 Solver：2-D，steady，segregated 離散方法：implicit，second order 壓力-速度耦合算法：SIMPLE 殘差：均控制0.00001,模擬結(jié)果及分析,3.1 不設(shè)擋板的進(jìn)水方式,沉淀池表面速度分布圖,距入口0.7m處速度縱剖面圖,模擬結(jié)果及分析,3.2 設(shè)擋板的進(jìn)水方式,距進(jìn)水口0.7m處縱斷面速度分布圖,水深1m處橫向剖面速度分布圖,模擬結(jié)果及分析,3.3 設(shè)穿孔花墻的進(jìn)水方式 進(jìn)水口仍采用0.5 m高，進(jìn)水速度0.1m/s，穿孔花墻位置同樣位于距進(jìn)水口1 m處，穿孔花墻高1.6 m，墻面開2020 mm方形開孔，孔間墻壁厚度0.1 m，水深1.4 m至池底為緩沖區(qū)，不設(shè)孔眼，以免沖動(dòng)污泥；此外本模擬中考慮降低出水溢流堰負(fù)荷的措施，通過(guò)采用在池端增加多道指形出水槽的措施，以增加出水槽總長(zhǎng)度，降低出水堰負(fù)荷，增加出水穩(wěn)定性。,水深1m處橫向剖面速度分布圖,結(jié)論與建議,4.1 結(jié)論 （1）進(jìn)水不設(shè)擋板時(shí)，死水區(qū)較大，易短流，進(jìn)水分布不均勻，且有旋渦產(chǎn)生；設(shè)擋板時(shí)，流態(tài)有較大改善，死水區(qū)較小，沉淀區(qū)水流分布較均勻，流態(tài)較穩(wěn)定，但仍存在渦旋和反射流等干擾流動(dòng)；設(shè)穿孔花墻的進(jìn)水方式，通過(guò)穿孔花墻能均勻配水，降低進(jìn)水速度，具有整流左右，使水流基本以層流方式通過(guò)沉淀區(qū)，死水區(qū)面積極小，而且沉淀區(qū)基本沒(méi)有渦旋出現(xiàn)，對(duì)提高沉淀效果較為有利。,結(jié)論與建議,（2）沉淀池端部直接出水的方式容易導(dǎo)致出水堰負(fù)荷較高，出水流速大，容易形成跑泥現(xiàn)象；若改用多指形槽出水的方式，顯著降低了出水堰負(fù)荷和出水流速，出水流態(tài)穩(wěn)定，不容易跑泥。,結(jié)論與建議,4.2 建議 （1）對(duì)更多的常用水處理構(gòu)筑物進(jìn)行CFD模擬，找出其中的水流流態(tài)特征，為進(jìn)一步開發(fā)常規(guī)水處理構(gòu)筑物的處理潛力，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)