基于CFD的水電工程砂石廢水旋流沉砂池的優(yōu)化設計

【摘要】： 旋流沉砂池是水電工程砂石廢水處理工藝中一個很重要的構(gòu)筑物,但是在長期的實際運用過程中發(fā)現(xiàn),由于旋流沉砂池存在著嚴重的排泥設施堵塞、損壞,及產(chǎn)生的沉渣難于處理等問題,使得砂石廢水處理系統(tǒng)常因堵塞或淤死而停用,由此給砂石廢水處理帶來很大的困難。 本文基于計算流體力學(CFD, Computational Fluid Dynamics)對旋流沉砂池進行了數(shù)值模擬,為提高旋流沉砂池的處理能力及優(yōu)化旋流沉砂池的設計提供有效的理論依據(jù)。 本文分別采用歐拉-拉格朗日模型和歐拉-歐拉模型建立了旋流沉砂池內(nèi)固液兩相流動的數(shù)學模型,旋流沉砂池計算過程中采用了滑移網(wǎng)格技術(shù)。 首先結(jié)合小試實驗,對一級處理旋流沉砂池內(nèi)兩相流流場,懸浮物濃度分布,顆粒運動軌跡進行了三維數(shù)值模擬,小試實驗的核心思想是“顆粒分級去除”,即兩級旋流沉砂池串聯(lián)工藝,其主要目的是既提高顆粒的去除率,又便于沉渣的處理。其中第一級的目的是去除砂石廢水中易于處理的粗顆粒,結(jié)果表明:一級旋流沉砂池在105rap/min轉(zhuǎn)速工況時,出水中基本不含粒徑大于50μm的粗顆粒砂石,粗顆?；颈环蛛x出來;在實驗范圍內(nèi),一級旋流沉砂的去除效率隨著槳葉轉(zhuǎn)速的增加而逐漸降低,模擬的到得七種轉(zhuǎn)速工況下去除效率分別為40.28%,29.56%,23.75%,20.82%,18.5%,17.29%,15.26%,并通過與試驗結(jié)果對比分析,驗證了模擬結(jié)果的可靠性。 其次運用建立的模型對瀑布溝實際工程進行了模擬,采用小試試驗分級處理的思想,將原有沉砂池作為第一級旋流沉砂池,對沉砂池中槳葉轉(zhuǎn)速和槳葉位置進行了優(yōu)化,結(jié)果表明:當槳葉轉(zhuǎn)速r=105rap/min,槳葉位置z=592mm時,能有效地去除砂石廢水中的粗顆粒,旋流沉砂池能達到最佳的分離效果。 【關(guān)鍵詞】：旋流沉砂池 計算流體力學 砂石廢水 滑移網(wǎng)格方法 分級處理
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X703
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 問題的提出8-9
• 1.2 計算流體力學（CFD）概述9
• 1.3 旋流沉砂池9-14
• 1.3.1 旋流沉砂池研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀10-12
• 1.3.2 CFD數(shù)值模擬在旋流沉砂池研究中的運用12-14
• 1.4 本文研究內(nèi)容14-16
• 第二章 旋流沉砂池的數(shù)學模型16-27
• 2.1 Eulerian-Lagrangian兩相流模型16-21
• 2.1.1 流體相控制方程16-18
• 2.1.2 顆粒相控制方程18-21
• 2.2 Eulerian- Eulerian兩相流模型21-24
• 2.2.1 控制方程22-23
• 2.2.2 湍流模型23-24
• 2.3 邊界條件24-26
• 2.3.1 Eulerian-Lagrangian模型的邊界條件24-26
• 2.3.2 Eulerian- Eulerian模型的邊界條件26
• 2.4 小結(jié)26-27
• 第三章 數(shù)學模型的計算方法27-30
• 3.1 控制方程的離散27-28
• 3.2 控制方程的求解28-29
• 3.3 小結(jié)29-30
• 第四章 第一級旋流沉砂池內(nèi)流場及懸浮物分布的數(shù)值模擬30-55
• 4.1 小試實驗設計工況30-32
• 4.2 物理模型及網(wǎng)格劃分32-33
• 4.3 可動區(qū)域的模擬33-37
• 4.3.1 可動區(qū)域模型33-34
• 4.3.2 可動區(qū)域模型計算結(jié)果比較34-37
• 4.4 第一級旋流沉砂池的數(shù)值模擬結(jié)果及驗證分析37-54
• 4.4.1 Eulerian-Lagrangian模型的模擬結(jié)果37-46
• 4.4.2 Eulerian-Eulerian模型的模擬結(jié)果46-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 瀑布溝水電站砂石加工廠旋流沉砂池優(yōu)化設計55-67
• 5.1 項目概況55-56
• 5.2 應用模型56-57
• 5.3 旋流沉砂池原有工況模擬結(jié)果分析57-64
• 5.3.1 Eulerian-Lagrangian模型的模擬結(jié)果57-63
• 5.3.2 Eulerian- Eulerian模型的模擬結(jié)果63-64
• 5.4 旋流沉砂池結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析64-66
• 5.5 小結(jié)66-67
• 第六章 結(jié)論與展望67-69
• 6.1 結(jié)論67-68
• 6.2 展望68-69
• 參考文獻69-72
• 發(fā)表論文和參與科研情況72-73
• 致謝73

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