基于FLUENT的旋流池數(shù)值模擬與優(yōu)化研究.pdf

1、水力旋流池是冶金行業(yè)熱軋水處理工程中的一個重要構(gòu)筑物，其作用是分離熱軋工藝冷卻回水中的氧化鐵皮，使分離后的氧化鐵皮沉淀于底槽中。但在長期的實際應用中發(fā)現(xiàn)存在有較為嚴重的吸水井積泥、及因積泥而造成的水泵泵體損害和高強度的頻繁清泥等問題，給生產(chǎn)管理帶來不便。在前一階段中課題組針對旋流池吸水井積泥現(xiàn)象進行了深入研究，通過改變旋流池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及進口流速得到集成優(yōu)化的旋流池，解決了吸水井的積泥問題，獲得了比傳統(tǒng)旋流池更高的氧化鐵皮分離能力。

2、 但在第一階段的研究中發(fā)現(xiàn)：模擬參數(shù)對模擬準確性有較大影響，且旋流池結(jié)構(gòu)在取消吸水井增設(shè)錐形板后并未得到有效簡化，穿孔板開孔孔徑及進水流速大小對氧化鐵皮沉淀性能也有較明顯的影響。本文將對前一階段集成優(yōu)化旋流池模型的模擬參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)進行進一步優(yōu)化研究。研究的具體內(nèi)容為：迭代次數(shù)、球形度系數(shù)、反彈系數(shù)、步數(shù)及步長等模擬參數(shù)的優(yōu)化；模擬比較方案一與方案二對顆粒沉淀效率的影響，以研究為簡化結(jié)構(gòu)而采取方案二是否合理；模擬研究穿孔板開孔孔徑及進

3、水流速大小對旋流沉淀池分離性能的影響。 本階段仍以計算機模擬為研究手段，采用湍流流動模型和離散相顆粒運動模型作為旋流池流動特性的數(shù)學描述，利用FLUENT軟件的前處理模塊GAMBIT對旋流池進行幾何建模與網(wǎng)格劃分，并用FLUENT軟件進行數(shù)值計算，模擬了各自流場，同時獲得各自的分離效率曲線。通過對旋流池流場分布規(guī)律和氧化鐵皮沉淀規(guī)律的數(shù)值模擬和分析得到如下結(jié)論： (1)模擬參數(shù)優(yōu)化后的顆粒去除率在實際去除率范圍之內(nèi)，

4、說明模擬參數(shù)的優(yōu)化使旋流池中氧化鐵皮顆粒的沉淀分離過程更符合實際情況。因此，參數(shù)的優(yōu)化是有必要的。 (2)在本階段中，對于是否采取方案二作了模擬研究。從模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)采取方案二后氧化鐵皮顆粒的分離沉淀效率較方案一時有明顯提高。依據(jù)模擬結(jié)果取消了錐形板，并達到了簡化旋流池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的目的。 (3)穿孔板孔徑為A、B及C三種情況下的氧化鐵皮顆粒沉淀效率沒有太大差異，說明改變穿孔板過水孔孔徑大小對氧化鐵皮顆粒的分離沉淀影響不大

5、。 (4)分別模擬了旋流池進水流速為a～g情況下的顆粒沉淀效率，并將其與前一階段進水流速為d情況下的顆粒沉淀效率進行了對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)進水流速在e～g時，顆粒分離沉淀效率均比較高，但以進水流速為f時為最優(yōu)。 通過對模擬參數(shù)進行優(yōu)化研究，提高了旋流池模擬計算的準確性。在此基礎(chǔ)上，對旋流池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及進水流速進行模擬優(yōu)化，既提高了氧化鐵皮顆粒的去除效率，同時也簡化了旋流池內(nèi)部結(jié)構(gòu)。以上改進措施為優(yōu)化該型旋流池的設(shè)計提供理論依