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,項目完成人：張 濤 200810103292 周澤廣 200810103537 陳艷艷 200820117838 指導教師：李秀喜 副教授 完成時間：2009年1月10日,主要內(nèi)容,項目簡介 項目模型 模擬結(jié)果及分析 結(jié)論與建議,項目簡介,1.1 CFD概述 計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD），它是建立在經(jīng)典流體動力學與數(shù)值計算方法基礎之上的一門新型獨立學科，在使流場可視化，解決試驗條件限制問題，節(jié)省試驗費用等方面具有獨特優(yōu)勢，在航空航天、水利、化工、建筑、環(huán)境等領域取得了廣泛應用。,項目簡介,1.2 設計任務 應用目前使用較廣泛的商業(yè)CFD軟件FLUENT6.0，對典型的污水處理構筑物平流式沉淀池中的水流流態(tài)進行模擬，分析其水力學特性，并對不同進、出水改進方式的沉淀池中的水流流態(tài)進行模擬。,項目簡介,1.3 項目背景 在常規(guī)水處理工藝中，通過重力沉淀作用來去除懸浮物(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，從而實現(xiàn)固液相分離的水處理構筑物，它擔負著去除原水中大量懸浮物的任務，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用最早的沉淀池類型，而且具有結(jié)構簡單，沉淀效果好，對沖擊負荷和溫度變化的適應能力較強，受風力影響較小，廣泛應用于給水和污水處理中。 但是在實際工程運行中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如渦流、異重流，進水分布不均勻或短流現(xiàn)象等，這些都會干擾沉淀池的正常運行，導致沉淀效果變差，影響整個水處理系統(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。,項目模型,2.1 物理模型,表1 沉淀池物理原型主要結(jié)構尺寸(單位：m),項目模型,2.2 計算模型 平流式沉淀池的實際流動過程為固液兩相流動，但由于污泥顆粒較小，密度與水接近，為簡化模擬過程的復雜性，可以將固液兩相體系視為擬均相，在模擬過程中直接采用純水的物理特性。此外，池底坡度較小，對水流流態(tài)影響小，在模擬中將池底設計為平底。沉淀池的排泥過程一般是間歇性的，所以不考慮沉淀池的排泥過程。,項目模型,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 不設擋板的進水方式,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 設擋板的進水方式,距進水口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 設穿孔花墻的進水方式 進水口仍采用0.5 m高，進水速度0.1m/s，穿孔花墻位置同樣位于距進水口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)，不設孔眼，以免沖動污泥；此外本模擬中考慮降低出水溢流堰負荷的措施，通過采用在池端增加多道指形出水槽的措施，以增加出水槽總長度，降低出水堰負荷，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）進水不設擋板時，死水區(qū)較大，易短流，進水分布不均勻，且有旋渦產(chǎn)生；設擋板時，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；設穿孔花墻的進水方式，通過穿孔花墻能均勻配水，降低進水速度，具有整流左右，使水流基本以層流方式通過沉淀區(qū)，死水區(qū)面積極小，而且沉淀區(qū)基本沒有渦旋出現(xiàn)，對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致出水堰負荷較高，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）對更多的常用水處理構筑物進行CFD模擬，找出其中的水流流態(tài)特征，為進一步開發(fā)常規(guī)水處理構筑物的處理潛力，優(yōu)化結(jié)構設計打下理論基礎