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基于CFD的水电工程砂石废水旋流沉砂池的优化设计

作　者: 栾闯
导　师: 王晓玲
学　校: 天津大学
专　业: 市政工程
关键词: 旋流沉砂池计算流体力学砂石废水滑移网格方法分级处理
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 53次
引　用: 3次
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内容摘要

旋流沉砂池是水电工程砂石废水处理工艺中一个很重要的构筑物,但是在长期的实际运用过程中发现,由于旋流沉砂池存在着严重的排泥设施堵塞、损坏,及产生的沉渣难于处理等问题,使得砂石废水处理系统常因堵塞或淤死而停用,由此给砂石废水处理带来很大的困难。本文基于计算流体力学(CFD, Computational Fluid Dynamics)对旋流沉砂池进行了数值模拟,为提高旋流沉砂池的处理能力及优化旋流沉砂池的设计提供有效的理论依据。本文分别采用欧拉-拉格朗日模型和欧拉-欧拉模型建立了旋流沉砂池内固液两相流动的数学模型,旋流沉砂池计算过程中采用了滑移网格技术。首先结合小试实验,对一级处理旋流沉砂池内两相流流场,悬浮物浓度分布,颗粒运动轨迹进行了三维数值模拟,小试实验的核心思想是“颗粒分级去除”,即两级旋流沉砂池串联工艺,其主要目的是既提高颗粒的去除率,又便于沉渣的处理。其中第一级的目的是去除砂石废水中易于处理的粗颗粒,结果表明:一级旋流沉砂池在105rap/min转速工况时,出水中基本不含粒径大于50μm的粗颗粒砂石,粗颗粒基本被分离出来;在实验范围内,一级旋流沉砂的去除效率随着桨叶转速的增加而逐渐降低,模拟的到得七种转速工况下去除效率分别为40.28%,29.56%,23.75%,20.82%,18.5%,17.29%,15.26%,并通过与试验结果对比分析,验证了模拟结果的可靠性。其次运用建立的模型对瀑布沟实际工程进行了模拟,采用小试试验分级处理的思想,将原有沉砂池作为第一级旋流沉砂池,对沉砂池中桨叶转速和桨叶位置进行了优化,结果表明:当桨叶转速r=105rap/min,桨叶位置z=592mm时,能有效地去除砂石废水中的粗颗粒,旋流沉砂池能达到最佳的分离效果。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 问题的提出  8-9
  1.2 计算流体力学（CFD）概述  9
  1.3 旋流沉砂池  9-14
    1.3.1 旋流沉砂池研究的国内外现状  10-12
    1.3.2 CFD数值模拟在旋流沉砂池研究中的运用  12-14
  1.4 本文研究内容  14-16
第二章旋流沉砂池的数学模型  16-27
  2.1 Eulerian-Lagrangian两相流模型  16-21
    2.1.1 流体相控制方程  16-18
    2.1.2 颗粒相控制方程  18-21
  2.2 Eulerian- Eulerian两相流模型  21-24
    2.2.1 控制方程  22-23
    2.2.2 湍流模型  23-24
  2.3 边界条件  24-26
    2.3.1 Eulerian-Lagrangian模型的边界条件  24-26
    2.3.2 Eulerian- Eulerian模型的边界条件  26
  2.4 小结  26-27
第三章数学模型的计算方法  27-30
  3.1 控制方程的离散  27-28
  3.2 控制方程的求解  28-29
  3.3 小结  29-30
第四章第一级旋流沉砂池内流场及悬浮物分布的数值模拟  30-55
  4.1 小试实验设计工况  30-32
  4.2 物理模型及网格划分  32-33
  4.3 可动区域的模拟  33-37
    4.3.1 可动区域模型  33-34
    4.3.2 可动区域模型计算结果比较  34-37
  4.4 第一级旋流沉砂池的数值模拟结果及验证分析  37-54
    4.4.1 Eulerian-Lagrangian模型的模拟结果  37-46
    4.4.2 Eulerian-Eulerian模型的模拟结果  46-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章瀑布沟水电站砂石加工厂旋流沉砂池优化设计  55-67
  5.1 项目概况  55-56
  5.2 应用模型  56-57
  5.3 旋流沉砂池原有工况模拟结果分析  57-64
    5.3.1 Eulerian-Lagrangian模型的模拟结果  57-63
    5.3.2 Eulerian- Eulerian模型的模拟结果  63-64
  5.4 旋流沉砂池结构优化分析  64-66
  5.5 小结  66-67
第六章结论与展望  67-69
  6.1 结论  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-72
发表论文和参与科研情况  72-73
致谢  73

基于CFD的水电工程砂石废水旋流沉砂池的优化设计

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