用于管網(wǎng)二次加氯的螺旋流混合技術(shù)數(shù)值模擬研究.pdf

1、供水管網(wǎng)二次加氯是對傳統(tǒng)水廠內(nèi)消毒工藝的一種合理改進(jìn)。通過將加氯點(diǎn)以一定的規(guī)則分散投到管網(wǎng)中的不同位置，不但減少了前點(diǎn)一次投加的藥劑濃度，也保證了后續(xù)管網(wǎng)中余氯濃度滿足最低要求?，F(xiàn)階段實(shí)施的二次加氯系統(tǒng)，基本采用不設(shè)混合部件自由擴(kuò)散形式，造成管網(wǎng)間加藥點(diǎn)后藥劑分布均勻性和穩(wěn)定性較差，而市場上普遍采用的管式混合裝置水損偏大，對于管網(wǎng)間二次加氯系統(tǒng)建設(shè)，特別是加壓泵房壓力固定的改造工程適用性較差。因此，開發(fā)快速、均勻且水損低的水力混合裝置，

2、對于我國面臨的大量管網(wǎng)多點(diǎn)加藥改造工程來說具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本研究基于螺旋流混合技術(shù)的基本原理，開發(fā)能夠用于管網(wǎng)二次加氯后藥劑快速、低損混合的管式混合裝置。以計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics）為基礎(chǔ)，利用Solidworks建立了DN=100mm的混合裝置幾何模型，采用 Fluent進(jìn)行仿真模擬計(jì)算。通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的研究方法，探究流體流經(jīng)混合裝置后的混合性能及流動特

3、性，對葉片個數(shù)、葉片包角、葉片直線段長度和葉片高度等混合裝置關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對于混合效果和壓損的影響進(jìn)行了考察，并采用正交實(shí)驗(yàn)對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究。獲得的主要結(jié)論如下：
　　1．流體在流經(jīng)混合裝置后能夠改變流線，使流體從一維運(yùn)動變?yōu)槿S運(yùn)動，且由于管件內(nèi)葉片的迎水面與背水面的壓力差促使流體從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，與葉片碰撞后改變了速度方向，形成回流，加快了對流混合，此外在葉片靠近管軸心處，葉片對流體的作用力使水流產(chǎn)生漩渦流動在管道橫截

4、面形成漩渦，促進(jìn)了藥劑的徑向混合。
　　2．通過單因素實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)葉片個數(shù)為3個時，混合效果較好；葉片包角在20~30°內(nèi)，提高包角角度能改善混合效果，但當(dāng)包角角度超過30°后，混合效果趨于穩(wěn)定；當(dāng)葉片直線段長度為總長度的0.25~0.5倍時，增加葉片直線段長度能夠提高混合效果，繼續(xù)增加后混合效果隨之下降；隨著葉片高度的增高，混合效果越好，但壓力損失也隨之增大。
　　3．通過正交實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，混合裝置內(nèi)葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)對混合效果的

5、影響因素主次順序?yàn)槿~片個數(shù)>葉片包角>葉片直線段長度>葉片高度，對阻力損失的影響因素主次順序?yàn)槿~片個數(shù)>葉片高度>葉片包角>葉片直線段長度。較優(yōu)的組合參數(shù)為葉片個數(shù)為4個，包角為30°，葉片直線長度為20cm，高度為35mm。
　　4．通過對優(yōu)化后參數(shù)，葉片個數(shù)為4個，包角為30°，葉片直線長度為20cm，高度為35mm的混合裝置進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)混合裝置出口斷面的COV值能達(dá)到0.055，混合裝置的壓力損失為181pa。

6、　　5．對原混合模型的加藥方式進(jìn)行優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)混合效果有較明顯的提高，在Z=2m處，截面濃度的不均勻系數(shù)從0.456降低到了0.369，在Z=3m的截面，混合效果也提高了0.067，滿足了預(yù)期優(yōu)化目標(biāo)。
　　6．水流在流經(jīng)混合裝置后能量損失可分為混合裝置帶來的局部阻力損失、沿程阻力損失和轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)動能。螺旋流態(tài)的軸向流速分布具有對數(shù)分布的特征，周向流速相對于管軸成對稱分布，且隨著旋流強(qiáng)度的衰減，周向流速的速度峰值也逐漸降低，徑向流速

7、由于受流體紊動的原因，分布較無規(guī)律，且徑向速度受離心力的影響較大。
　　7．分析了螺旋流混合裝置應(yīng)用在供水管網(wǎng)后水力損失的影響。并對最優(yōu)混合模型的水力損失進(jìn)行了計(jì)算，通過與傳統(tǒng)靜態(tài)混合器相比，螺旋流混合裝置在達(dá)到藥劑混合均勻時，所造成的水力損失約為空管的1.4倍，更適合用于供水管網(wǎng)中。通過計(jì)算得出的壓力損失與數(shù)值與模擬得出的數(shù)據(jù)相比較，兩者符合較好，表明通過數(shù)值模擬來研究螺旋流混合裝置是一種可取的方法。
　　研究結(jié)果為該類混