基于CFD對(duì)帶有新型強(qiáng)化絮凝裝置的沉淀設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，飲用水安全問(wèn)題愈發(fā)凸顯，特別是在廣大農(nóng)村地區(qū)，供水設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后，我國(guó)仍有部分農(nóng)村居民飲用水水質(zhì)保障措施不足。面對(duì)我國(guó)農(nóng)村地區(qū)飲用水安全的嚴(yán)峻形勢(shì)，研究操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)水質(zhì)條件廣、可實(shí)現(xiàn)集中式批量生產(chǎn)的一體化凈水設(shè)備，具有社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在前期開(kāi)發(fā)的帶有新型強(qiáng)化絮凝裝置的沉淀設(shè)備的基礎(chǔ)上，為解決影響沉淀設(shè)備處理效果的關(guān)鍵部位設(shè)計(jì)參數(shù)選取經(jīng)驗(yàn)化的問(wèn)題，運(yùn)用FLUNET數(shù)值模擬軟件對(duì)設(shè)

2、備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。⑵經(jīng)過(guò)分析與比較，模擬過(guò)程選擇 RNG k—ε湍流模型、SIMPLE算法、二階迎風(fēng)格式及基于拉格朗日法的離散相模型。對(duì)影響設(shè)備凈水效果的局部按照實(shí)際尺寸單獨(dú)模擬。為便于網(wǎng)格劃分，將復(fù)雜的連續(xù)模擬區(qū)域劃分為若干互不重疊的較小區(qū)域。所有局部模型的網(wǎng)格質(zhì)量均在0.3以上。⑶采用的邊界條件為：速度入口（velocity-inlet）、流出（outflow），近壁面區(qū)域采用壁面函數(shù)法處理，自由水面采用“鋼蓋假定”。設(shè)備設(shè)計(jì)流量為2

3、40m3/d。水相的密度取998.2kg/m3，粘度系數(shù)取1.005×10-3。絮體顆粒的密度取1050kg/m3，入口處的絮體視為均勻的球形顆粒，直徑取0.5mm。⑷當(dāng)外環(huán)絮凝區(qū)隔板上部過(guò)水孔洞淹沒(méi)深度為75mm時(shí)，能較好平衡出口斷面的顆粒均勻性與流速的控制。當(dāng)外環(huán)絮凝區(qū)隔板下部過(guò)水孔洞高度為200mm時(shí)，已形成大顆粒絮體因水流剪切作用而破碎的幾率較小，同時(shí)出口斷面即絮凝板上絮體顆粒負(fù)荷相對(duì)均勻。二者均能形成絮體顆粒懸浮區(qū)，起到強(qiáng)化絮

4、凝的效果。⑸當(dāng)中心絮凝區(qū)漸擴(kuò)段當(dāng)漸擴(kuò)角為60°時(shí)，既可以控制渦旋區(qū)范圍，使其不影響出口斷面顆粒均勻性，保證合理的絮體顆粒去除率，又可以使設(shè)備各部分設(shè)計(jì)相互協(xié)調(diào)，降低設(shè)備高度。⑹當(dāng)過(guò)水通道直徑為300mm時(shí)，對(duì)污泥區(qū)擾動(dòng)較小，在沿Y方向形成兩渦旋區(qū)，且能滿(mǎn)足上下游擾流板的安裝及設(shè)備整體造型要求。若將過(guò)水通道豎向上移，水流沿圓錐形底部貼壁流向沉淀區(qū)底部，攪動(dòng)積泥。⑺集水廊道為孔口集水系統(tǒng)，當(dāng)孔口直徑為7mm時(shí)，可以使各孔口出水較均勻。對(duì)斜板

5、泥水分離的擾動(dòng)較小，設(shè)備能耗及單位制水成本較低。采用大阻力配水系統(tǒng)的均勻公式檢驗(yàn)，孔口直徑為7mm時(shí)符合集水均勻性要求。⑻通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)散水板角度為45°、水平挑出距離為70mm、板上淹沒(méi)深度為30mm時(shí)，能有效減小上部沉淀區(qū)的渦旋影響范圍，避免將沉降到斜板上方的絮體重新卷起。較小的上轉(zhuǎn)彎處平均流速使絮體破碎幾率減小。設(shè)置傘狀散水板后，出口斷面遠(yuǎn)側(cè)絮體顆粒分布百分比小幅增加，有利于提高螺旋斜板泥水分離效果。⑼對(duì)外環(huán)絮凝區(qū)的整體模擬，