卡鲁塞尔氧化沟污水—污泥两相模型及液—气两相模型

论文摘要

氧化沟工艺独特的水力特性直接关系着最终的处理效率和出水水质。氧化沟污水-污泥或液-气两相模型的建立以及气相分布的模拟对于氧化沟的设计和优化具有重要参考价值,也是目前氧化沟模拟方面的一个重难点。本文运用粒子图像测速技术（PIV,Particle Image Velocimetry）技术和计算流体力学（CFD,Computational Fluid Dynamics）数值方法,配合工业规模氧化沟的现场测试,探索了卡鲁塞尔氧化沟的流场、污泥分布和气相分布规律,加深了对氧化沟污水、污泥两相流动机理的理解,提出了氧化沟液-气两相流的建模方法,为氧化沟溶解氧分布的模拟提供了基础,对氧化沟的水力学优化有重要意义。运用PIV技术,研究湍动条件下污泥沉降运动规律,根据实验数据和理论分析,发现颗粒污泥沉降速率与颗粒粒径、流场的湍动强度密切相关,粒径越大时沉降速率越大,湍动强度越大时沉降速率越小。通过修正Vesilind公式,得到了湍动条件下污泥的沉降速率公式,污泥沉降速率与污泥直径呈近似幂函数关系,与湍动强度和污泥浓度呈指数函数关系,该公式能够反映污泥颗粒粒径、湍动强度和污泥浓度对污泥沉降速率的影响。运用CFD数值计算与现场试验相结合的方法研究氧化沟流场。建立氧化沟污水-污泥两相湍流模型,将湍流条件下污泥沉淀沉降速率模型与湍流混合物模型进行耦合,实现了污泥和污水垂向运动的分离。采用大型计算流体软件FLUENT 6.1进行计算,模拟并分析了氧化沟沟内的混合液流场及污泥分布。选取合理的待校核参数和校核断面,运用最大似然法（GLUE,Generalized Likelihood Uncertainty Estimation）,通过污水厂氧化沟内的实测流速,对模型进行修正,降低了模拟误差。将污水和污泥作为液相的混合物,并考虑了液-气界面的自由运动,建立了氧化沟液-气两相模型,该模型能够反映出氧化沟的气相体积分数分布。通过与污水-污泥两相模型的模拟结果对比发现,采用该模型能够更好的模拟氧化沟上层和表层的流速。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 污泥沉降速率模型的研究进展
• 1.3 氧化沟模拟的研究现状
• 1.3.1 氧化沟概述
• 1.3.2 氧化沟模拟方面的研究
• 1.4 本文的研究目的、内容与方法
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究方法
• 2 湍流条件下的污泥沉降速率
• 2.1 模型建立
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 试验系统
• 2.2.2 试验方法
• 2.3 试验结果
• 2.3.1 湍动流场
• 2.3.2 沉降速率
• 2.4 讨论
• 2.4.1 颗粒性沉降速率
• 2.4.2 湍流条件下的污泥沉降速率
• 2.5 小结
• 3 氧化沟污水-污泥两相模型
• 3.1 模型建立
• 3.2 计算区域
• 3.3 计算流程与求解方法
• 3.4 参数校核方法
• 3.5 小结
• 4 氧化沟污泥-污水两相流场计算结果与试验验证
• 4.1 试验背景简介
• 4.2 试验方法
• 4.3 模型校核
• 4.4 氧化沟流场和污泥分布模拟结果及分析
• 4.4.1 模拟结果
• 4.4.2 模拟结果分析
• 4.5 小结
• 5 氧化沟液-气两相模型
• 5.1 模型的选择和建立
• 5.1.1 模型的选择
• 5.1.2 模型的建立
• 5.2 模拟结果及分析
• 5.2.1 液-气两相模型的液相流速场分析
• 5.2.2 氧化沟气相分布模拟结果
• 5.2.3 误差分析
• 5.3 小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 攻读学位期间发表的论文目录
• B. 攻读学位期间授权的发明专利