基于FLUENT模擬的兩相一體式污泥濃縮消化反應(yīng)器(TISTD)流態(tài)及其優(yōu)化研究.pdf

1、污泥處理在城市污水處理中的重要性已日益突出，課題組針對污泥厭氧處理的具體問題，進(jìn)行了污泥濃縮消化一體化反應(yīng)器的開發(fā)研究，已開發(fā)設(shè)計了兩相一體式污泥濃縮消化反應(yīng)器(TISTD)。根據(jù)反應(yīng)器理論，反應(yīng)器處理效果與反應(yīng)器的流態(tài)特性有重要的相關(guān)作用，因此，本論文運(yùn)用商用CFD軟件FLUENT對該TISTD反應(yīng)器的流場進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，以便為反應(yīng)器下一步的設(shè)計改進(jìn)提供參考依據(jù)。
　　 在對TISTD反應(yīng)器的流場進(jìn)行模擬前，建立了反應(yīng)器的

2、計算模型：1)物理模型：流場簡化為氣液兩相流；視為恒溫場；對反應(yīng)器構(gòu)造進(jìn)行簡化。2)網(wǎng)格劃分：采用四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，并對局部進(jìn)行加密。3)計算模型：湍流模型采用RNGk-ε模型，多相流模型采用混合物模型。4)邊界條件：TISTD反應(yīng)器所有進(jìn)口定義為速度入口，所有出口定義為壓力出口，內(nèi)部過水孔定義為內(nèi)部界面，反應(yīng)器隔板定義為固體壁面，認(rèn)為壁面靜止，且和周邊沒有物質(zhì)和能量的交換。5)初始條件：設(shè)定操作壓力為大氣壓，湍流強(qiáng)度為1％，水力直徑

3、為管口直徑。
　　 論文運(yùn)用FLUENT對TISTD反應(yīng)器的流場進(jìn)行了模擬，從模擬結(jié)果中發(fā)現(xiàn)：
　　 1)從外反應(yīng)室進(jìn)入內(nèi)反應(yīng)室的污泥形成了短流，即進(jìn)入外反應(yīng)室的污泥大部分沒有經(jīng)過濃縮，直接進(jìn)入了內(nèi)反應(yīng)室。2)內(nèi)反應(yīng)室內(nèi)的理想流態(tài)是形成上下兩個循環(huán)，但從模擬的流態(tài)圖中看出，在內(nèi)反應(yīng)室下部并沒有形成循環(huán)。
　　 針對TISTD反應(yīng)器流態(tài)中出現(xiàn)的問題提出了改進(jìn)建議：1)關(guān)于進(jìn)泥短流可以通過以下方法進(jìn)行調(diào)整。a.改變進(jìn)

4、泥管的位置，使進(jìn)泥管與內(nèi)外反應(yīng)室連通口的距離增加。b.在內(nèi)外反應(yīng)室隔板上部開設(shè)連通孔，使部分污泥可以通過上部的連通孔進(jìn)入內(nèi)反應(yīng)室。c.通過調(diào)整上下連通孔的尺寸，使進(jìn)泥既不會形成短流，又能在外反應(yīng)室進(jìn)行初步濃縮。2)關(guān)于內(nèi)反應(yīng)室內(nèi)形成循環(huán)的問題，可以通過以下方法進(jìn)行調(diào)整。a.由于氣管分割成上下兩部分的設(shè)計并不能發(fā)揮它的作用，因此將氣管調(diào)整成為一個整體。b.通過調(diào)整氣管出口高度，使內(nèi)反應(yīng)室內(nèi)形成較好的內(nèi)循環(huán)。c.通過調(diào)整氣管的尺寸，在保持回

5、流氣量不變的情況下，改變循環(huán)沼氣的速度，從而使內(nèi)反應(yīng)室內(nèi)形成更好的循環(huán)。
　　 論文最后設(shè)計了正交試驗(yàn)，對上、下連通口的尺寸，進(jìn)泥管的高度，氣管直徑，氣管出口高度等一些具體參數(shù)的組合情況進(jìn)行了模擬，通過考核等值面y=0上的速度矢量圖，等值面x=-150，x=150，x=-50，x=50上的流速方差的加權(quán)平均值，等值面上的總動能，等值面上的平均湍流強(qiáng)度，得出以下結(jié)論：1)試驗(yàn)4(上連通口尺寸70×60mm；進(jìn)泥管高度250mm；下

6、連通口尺寸40×30mm；氣管直徑40mm；氣管出口高度450mm)、試驗(yàn)6(上連通口尺寸60×50mm；進(jìn)泥管高度100mm；下連通口尺寸60×50mm；氣管直徑50mm；氣管出口高度450mm)、試驗(yàn)11(上連通口尺寸50×40mm；進(jìn)泥管高度400mm；下連通口尺寸70×60mm；氣管直徑30mm；氣管出口高度450mm)和試驗(yàn)13(上連通口尺寸40×30mm；進(jìn)泥管高度500mm；下連通口尺寸50×40mm；氣管直徑20mm；氣

7、管出口高度450mm)這四種情況的流場分布比較好。2)因素E即氣管出口高度對指標(biāo)值的影響是最大的，其次是上、下連通口的尺寸及氣管直徑。3)TISTD反應(yīng)器細(xì)部結(jié)構(gòu)在最佳組合狀態(tài)下的比例參數(shù)：上連通口的過水面積與內(nèi)反應(yīng)室的表面積之比為0.033，下連通口的過水面積與內(nèi)反應(yīng)室的表面積之比為0.016～0.024；進(jìn)泥管到上連通口的距離與進(jìn)泥管到下連通口的距離之比為0.78～0.80；氣管直徑與外反應(yīng)室直徑之比為0.1，氣管直徑與內(nèi)反應(yīng)室直徑