辐流式沉淀池固液两相流数值模拟与结构优化研究

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本文用计算流体力学的方法,选用Realizable湍流模型和Mixture混合模型对辐流式沉淀池通过改变沉淀池挡板尺寸、进水流速、挡板位置等不同的设计参数,分别进行了二维和三维的数值模拟,得到了以下成果:  (1)模型验证的结果表明:在二维数值模拟中,沉淀池横断面上的流速沿水深分布的模拟值与Imam的实测值吻合较好,证明了所选Realizable湍流模型能够正确模拟二维沉淀池内的流场和速度场。三维数值模拟中,速度沿着R方向取得的速度的模拟值与Deininger等的实验值吻合度很高,说明三维模型能准确地模拟出实际辐流式沉淀池内的流场分布。  (2)单流体数值模拟分析:增设长挡板可以更好的改善辐流式沉淀池的水力特征,减小池内旋流的影响范围,更有利于沉淀池沉淀;进水流速越大,挡板后的旋流影响范围也越大,随着速度的增大,挡板前产生了旋流并随之继续变大,当进水流速v=0.085m/s时,挡板前后的旋流都不大,为最佳选择;挡板位置后移,池内旋流范围变大,当挡板距离进口处为1.2m时,水力特征最优越。  (3)液固两相流数值模拟分析:沉淀池沉淀效率直接和悬浮颗粒分布相关。增设长挡板的悬浮颗粒与水分界面比短挡板更远离出口,长挡板沉淀效果优于短挡板;当进水流速v=0.085m/s时,悬浮颗粒与水分界面离出口位置为最佳,应该优先考虑。设置挡板距离进口处1.2m时,沉淀池水力特征最优,可以获得良好沉淀,为最佳方案。浓度场分析的结论与水力特征的结论一致,更能验证结论的正确性。  (4)Mixture模型和Realizablek-ε湍流模型是研究辐流式沉淀池水力特性影响的有效方法,通过改变不同设计参数进行的模拟结果对比分析,提出最优设计方案即选择增设长挡板,进水流速v=0.085m/s,挡板布设位置离进口1.2m。这些参数为提高辐流式沉淀池沉降效率降低提供理论依据。
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