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EGSB反应器结构对内流场影响的数值模拟研究

作　者: 李玉莹
导　师: 米海蓉
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 膨胀颗粒污泥床反应器数值模拟内部流态优化设计
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

厌氧生物处理技术由于运行成本低、剩余污泥量少、能源可回收等优点在城市废水处理中起着极为重要的作用。近年来厌氧生物处理反应器发展速度较快，出现了各种形式的厌氧反应器，作为研究热点的厌氧膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）是其中的一种。近十年来，国内外研究者对EGSB反应器的研究偏重于布水装置和三相分离器，主要研究手段是采取实验研究，由于厌氧生物处理反应器的运行周期较长，所以取得成果也较慢。本文从计算流体力学角度对EGSB反应器内加入导流筒后内部流态的变化情况进行了研究。采用计算机数值模拟的手段，利用前处理模块GAMBIT对EGSB反应器进行几何模型构建和网格划分，基于FLUENT软件对EGSB反应器内部流态进行模拟研究。由于反应器运行时其内部存在废水与颗粒污泥两种物质，所以模拟计算时选择了能够充分考虑两相间相互作用的欧拉多相流模型，湍流模型选择标准k-ε模型，并采用有限体积法进行离散，用SIMPLE算法求解。通过计算结果分析了反应器结构参数和运行参数对内部流场的影响。具体研究内容如下：对EGSB反应器进行数值模拟研究，计算常规EGSB反应器加入导流筒前后内部流场的变化情况，根据速度场和浓度场的分布判断反应器内污水和颗粒污泥的分布情况和运行状态，分析加入导流筒后EGSB反应器的优缺点；研究运行参数中回流比对加入导流筒的EGSB反应器内流场的影响，分别设置回流比为30:1、20:1、10:1、3:1四种情况，模拟分析反应器内速度场和浓度场的变化，通过分析比较得出反应器运行效果最佳时的回流比；计算反应器与导流筒直径之比（径向比）为分别为15:3、15:5、15:7.5时反应器内部流场的变化，分析径向比对反应器内部流态的影响；改变EGSB反应器高度与导流筒距底部距离的比值（高距比），设置为40:1、30:1、20:1，对这几种情况时分别进行模拟计算，分析高距比对EGSB反应器内部流场的影响。通过以上内容的分析比较选出相对较好的结构参数和运行参数，从而达到对反应器进行优化设计的目的，使EGSB反应器内部污水和颗粒污泥充分接触混合，达到最优的处理效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-21
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 厌氧生物处理技术的发展概况  12-16
    1.2.1 厌氧反应器的发展过程  13-14
    1.2.2 EGSB 反应器的工艺特点  14-15
    1.2.3 EGSB 厌氧反应器的研究现状  15-16
  1.3 数值模拟方法介绍  16-18
    1.3.1 计算流体力学的发展  16-17
    1.3.2 数值模拟计算方法概述  17-18
  1.4 污水处理反应器流场数值模拟研究现状  18-19
    1.4.1 国外研究状况  18-19
    1.4.2 国内研究状况  19
  1.5 课题研究的目的方法和内容  19-21
    1.5.1 研究目的  19-20
    1.5.2 研究方法  20
    1.5.3 研究内容  20-21
第2章 EGSB 反应器模拟的基本方程与数值方法  21-33
  2.1 基本方程的确定  21-23
    2.1.1 连续性方程  21
    2.1.2 运动方程  21-22
    2.1.3 能量方程  22
    2.1.4 异质扩散方程  22-23
  2.2 湍流模型的选择  23-28
    2.2.1 直接数值模拟（DNS）  23-24
    2.2.2 大涡数值模拟（LES）  24-25
    2.2.3 雷诺时均模型（RANS）  25-28
  2.3 两相流模型的确定  28-29
    2.3.1 固液两相流理论模型  28-29
    2.3.2 Euler-Euler 模型  29
  2.4 模型的离散与数值解法  29-31
  2.5 本章小结  31-33
第3章 EGSB 反应器内流场的模拟研究  33-49
  3.1 EGSB 反应器各项结构参数  33-35
    3.1.1 本文研究的 EGSB 反应器结构特点  33-34
    3.1.2 反应器柱身结构参数  34-35
    3.1.3 反应器导流筒的结构参数  35
  3.2 两种反应器试验效果对比分析  35-38
    3.2.1 污泥床层高度试验对比  35-37
    3.2.2 污水处理效果对比  37-38
    3.2.3 试验结果分析  38
  3.3 计算模型的验证  38-41
    3.3.1 验证采用的方法  38
    3.3.2 计算模型选择  38-39
    3.3.3 计算区域及网格的划分  39-40
    3.3.4 边界条件设置  40
    3.3.5 计算结果与分析  40-41
  3.4 EGSB 反应器计算模型的构建  41-43
    3.4.1 模型简化及网格划分  41-42
    3.4.2 计算条件设置  42-43
    3.4.3 收敛标准  43
  3.5 EGSB 反应器内流场计算结果分析  43-46
    3.5.1 浓度场的模拟结果与分析  43-44
    3.5.2 速度场分布  44-46
  3.6 导流筒加入对 EGSB 反应器内流场的影响  46-48
    3.6.1 浓度场对比分析  46-47
    3.6.2 速度场对比分析  47-48
  3.7 本章小结  48-49
第4章 EGSB 反应器结构优化模拟分析  49-57
  4.1 回流比对 EGSB 反应器内流场的影响  49-52
    4.1.1 计算条件假设  49
    4.1.2 对流场的影响  49-50
    4.1.3 对浓度场的影响  50-52
  4.2 反应器与导流筒直径比对反应器内流场的影响  52-55
    4.2.1 计算条件假设  52
    4.2.2 对流场的影响  52-53
    4.2.3 对浓度场的影响  53-55
  4.3 反应器高度与导流筒距底部距离反应器内流场的影响  55-56
    4.3.1 对流场的影响  55
    4.3.2 对浓度场的影响  55-56
  4.4 本章小结  56-57
结论  57-59
参考文献  59-63
致谢  63

EGSB反应器结构对内流场影响的数值模拟研究

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