偏心双轴搅拌用于污泥搅拌混合的数值模拟

在大型污泥搅拌机中探索采用偏心双轴搅拌,使用Fluent软件对偏心双轴搅拌槽内污泥流体的流场变化进行数值模拟,并与中心双层搅拌进行比较,分析2种结构搅拌槽内宏观流场结构、速度分布及功耗特性,通过实验测量不同转速下偏心双轴的功耗,仿真计算结果和实验值吻合较好。结果表明:偏心双轴搅拌形成的流场结构打破了中心搅拌的流场对称性,有效的消除了隔离区。偏心双轴搅拌槽内流场各方向的速度分量均比中心双层搅拌有明显的提高,速度梯度较大,能够增大搅拌混合区,有利于污泥固液两相的混合。在N=5 r·s~(-1)时偏心双轴搅拌的功耗约为中心双层搅拌的90.4%,具有明显的节能效果。     

侧入式搅拌槽中多相流流场特性的数值模拟

运用计算流体力学(CFD)技术对不同安装偏角的侧入式搅拌反应器中单相及多相流场进行了数值模拟。模拟结果表明,典型安装偏角下,搅拌槽内流场是由内部围绕搅拌槽中心的高速环形上升流和外部沿搅拌槽壁面的低速下降流组成的大循环流。水平偏角既增加了整个搅拌槽流场的平均速度,有利于固体颗粒在整个搅拌槽内的悬浮性能,又增大了槽底高速流体区域的面积,因而改善了槽底固相沉积状况。竖直偏角增大了槽底高速流体区域的面积,并对槽底施加一定的冲刷作用,从而进一步降低了槽底固相沉积的可能性。无安装偏角时槽底固含率最多的地方主要积聚在搅拌器下方区域。搅拌器在水平偏角θ=10°,竖直偏角φ=5°时槽底大部分区域的固含率分布较均匀,仅在槽底搅拌器右侧的壁面区域存在小面积的固含率较高区域,在该安装偏角下整个搅拌槽的固液悬浮性能及防止底部固相沉积性能达到最佳。     

投加沸石粉活性污泥搅拌参数优化及其对离子交换速率的影响研究

在0.3 m×0.3 m×0.36 m方形搅拌槽中初步探讨了不同的搅拌器类型、安装高度以及曝气强度对投加了沸石粉的高浓度活性污泥悬浮状态的影响,并根据固液悬浮理论确定了最佳的搅拌参数.同时,进行了不同搅拌速率下沸石对污水中氨氮的离子交换动力学研究.结果表明在无曝气的情况下,选用三叶推进式搅拌器,搅拌器离底高度为1/3搅拌器直径时所需要的临界搅拌速率最低.曝气有助于反应池中污泥的悬浮,对于30 g/L的污泥,当曝气强度由10 m3/(m2·h)增大1倍时,临界搅拌速率降低了50%.搅拌速率为120 r/min时,沸石对污水中氨氮的离子交换速率受膜扩散过程控制,当其增大为180 r/min时,其控制步骤为粒内扩散,沸石粉活性污泥达到完全均匀悬浮的临界搅拌速率不足以满足传质的要求.需增大一定程度.     

混凝搅拌内部流场数值模拟分析

通过对圆形搅拌容器内部流场的数值模拟,从湍流速度场、湍动耗散率和湍动能3个角度来分析该容器内的二维空间流态变化,及其对混凝过程中颗粒碰撞和絮体成长的影响,针对其不足之处,提出改进模型:方形、圆形挡板、多边形、圆角和方形导流板模型,并分别比较各模型在不同转速下的内部流场的变化。结果表明,在相同截面积的条件下,圆角模型更有利于颗粒的碰撞粘结和絮体的成长。     

液-液射流搅拌提高热水解污泥混合性能分析

在厌氧消化反应器中,机械搅拌是广为应用的搅拌方式,但机械搅拌在运行过程中存在设备维修困难、能耗高等问题。基于前期的研究,利用Ansys 17.2软件平台,构建3 000 m~3液-液射流搅拌厌氧消化反应器1∶1仿真模型,为考察液液射流装置对热水解污泥在反应器内的搅拌混合效果,模拟得出速度云图、速度矢量图、剪切速率图以及死区分布图,并对搅拌性能、搅拌机理进行分析。结果表明:流场区域流速范围0~1.50 m·s~(-1),剪切速率范围0~200 s~(-1);依据斯托克斯定律计算出该流场中沉降速度阈值0.30 m·s~(-1),低于该速度值的部分形成死区,死区主要分布在流场中心区域,其体积为600.88 m~3,占总体积20.58%;相对于流场中心区域,流场内其他区域流速均值为0.60 m·s~(-1),得到较好的搅拌混合。     

并流旋转床气体出口压降数值分析

气体出口是旋转床的重要组成部分,对旋转床流场与气相压降有着重要的影响。研究并流旋转床结构、构建气体出口物理模型,利用RNG k-ε湍流模型,探索不同气体出口结构对并流旋转床流场的影响。模拟结果表明:具有4个切向气体出口的DCRPB3615型旋转床有利于旋转床内速度分布均匀、降低湍动能,减小气相压降。模拟与实验对比表明,DCRPB3615压降比单一径向出口的CRPB3615型旋转床降低10%左右。     

微污染水源水脱氮的强化混凝工艺

通过对机械搅拌桨桨板结构优化改造,实现在絮凝池内同步进行强化混凝及生物脱氮反应,分析桨板长度梯度、板间间距及其与固定挡板间夹角对絮凝池内溶解氧浓度梯度产生影响,设计出了一种搅拌时池内可以形成厌氧-缺氧-好氧环境的新型机械搅拌桨,Fluent流场分析进一步验证了池内横向、纵向都会产生溶解氧浓度梯度。新型搅拌桨与传统搅拌桨生物脱氮对比实验表明,当采用新型搅拌桨时,絮凝池对NH_4~+-N、TN去除效果远优于传统搅拌桨。进一步进行模拟微污染水源水的强化混凝生物脱氮应用实验,出水浊度为0.47 NTU,COD、NH_4~+-N和TN的浓度分别为10.54、5.01和5.84 mg·L~(-1),表现出良好的处理效果。对污泥粒径的研究表明,PAC投加可有效改善污泥絮体结构,为微污染水源水的处理提供了新思路。     

搅拌对污泥厌氧消化过程中污泥形态及微生物活性的影响

搅拌对污泥厌氧消化过程中的物料传质具有非常重要的作用,为进一步了解搅拌对厌氧消化微观环境的影响,考察了污泥厌氧消化过程中搅拌和无搅拌条件下污泥形态、微生物活性及分布的变化。采用吖啶橙染色法对微生物中的RNA、DNA染色,通过染色情况分析微生物活性的空间分布。结果表明,搅拌系统中污泥絮体结构松散,粒径细小,但具有良好的沉降性能;搅拌系统中RNA/DNA(以荧光的相对面积表征)和脱氢酶活性均高于无搅拌系统,说明适度搅拌可以提高污泥厌氧消化系统中微生物活性。RNA/DNA与传统脱氢酶的测试结果基本一致,但前者测试过程简单、结果直观且可获得微生物活性的空间分布特性,因此可用于微生物活性的评估。     

城市固体有机废物堆肥实验装置设计

根据城市固体有机废物的特点和性质 ,设计了一种堆肥的实验装置 ,该设计包括空间结构设计、通风系统设计和搅拌系统设计。空间结构设计的特点是小型的、用于实验室研究的、仓式动态好氧结构 ;通风系统的设计则是以供氧、散热和去除水分所需通风量为基础 ;搅拌系统设计包括搅拌器的结构设计和所需动力设计     

机械絮凝池内部流场数值模拟和絮凝效果分析

通过对机械絮凝池内不同进水流量和不同桨板转速的流场分别进行数值模拟,计算得到湍动能k和湍动耗散率ε等水力参数,并结合混凝实验分析水流对絮凝效果的影响。结果表明:湍动能k和湍动耗散率ε可以作为评价絮凝是否充分的标准;机械絮凝池最佳水力停留时间为18 min;平均k值为0.00613～0.00212 m2/s2,平均ε值为0.00869～0.00199 m2/s3时,机械絮凝池装置的絮凝效果比较理想。     

电除尘器上下游烟道流场分析及优化设计

均匀的流量分配和均匀的入口截面速度分布是提高电除尘器除尘效率的重要因素。以300 MW燃煤电厂2室4场电除尘器为对象,利用数值模拟手段对电除尘器上下游烟道及电除尘本体内的流场分布情况进行仿真计算,获取了局部流场特性,识别了原有入口段结构的问题所在,并提出局部弧形烟道、烟道导流板和气流分布板的系统优化方案。经仿真结果对比,优化方案降低了局部阻力,明显改善了2室流量分配不均程度,流量偏差由±18.83%减小至±2.01%,且左右侧电除尘主体入口速度均方根值均小于0.25,满足了行业标准要求。     

城市固体有机废物堆肥实施装置设计

根据城市固体有机废物的特点和性质，设计了一种堆肥的实验装置，该市场包括空间结构设计，通风系统设计和搅拌系统设计，空间结构设计的特点是小型的，用于实验室研究的，仓式动态好氧结构，通风系统的设计是以供氧，散热和去除水分所需通风量为基础，搅拌系统设计包括搅拌器的结构设计和所需动力设计。     

气固两相流在转运站系统除尘中的应用

为改善转运站点的作业环境,以转运站部分结构为模拟对象,根据实体结构模型建立流场模型,采用realiza-ble k-epsilon气相湍流模型及拉格朗日颗粒轨道模型对结构内的两相流运动情况进行了数值模拟,得到了流体相的压力分布和速度分布以及固相的粉尘颗粒轨迹,讨论了导料槽中挡帘对流场的影响.结果表明,挡帘对导料槽中流场特征影响明显,在配置了挡帘的导料槽中,流场压力分布更有序,空气流动更集中,可产生一定的回流气体来降低来流气体的速度,且会在内部形成局部高速区域.     

水平潜流人工湿地流场数值模拟与结构优化分析

为了解决传统水平潜流人工湿地在床体结构设计方面的随意性与经验化问题,以流场均匀分布为目标,利用数值模拟方法对人工湿地床体结构参数进行优化,包括人工湿地基质填充厚度、床体长宽比例、构建尺度、主体填料区的分层填充方式,解析基质结构的配置规律,实现各参数的定量化。模拟结果表明,填料的分层配置对流场分布的影响很大。在基质厚度为0.6 m,长宽比为5∶3,且填料按照渗透系数指数规律分层填充的情况下,流场分布较均匀。在此基础上,根据模拟结果所确定的结构参数构建潜流人工湿地小试装置,并与传统结构人工湿地进行对照,对模拟结果进行验证。实验结果表明,当水力停留时间(HRT)为36 h时,分层填充与单层填充方式的人工湿地对COD、TP和TN的平均去除率分别为64.89%、82.72%、69.69%和29.84%、39.15%、31.83%,结构优化后的人工湿地净化效果得以显著提升。     

基于猪粪流变特性的厌氧消化反应器内的数值模拟

采用流变仪对不同含固率猪粪的流变性质进行测量,分析其流变特性,将流变数据与非牛顿流体模型进行拟合,得到用于描述猪粪流变特性的最佳流变方程。结果表明:猪粪是一种非牛顿流体,黏度随剪切速率的增加而减小并趋于稳定。基于其流变特性,运用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟技术,对猪粪厌氧消化反应器内的流场进行研究。模拟结果显示:反应器内速度最大值出现在桨叶末端,猪粪流体在其反应器内的宏观循环运动状态为沿着搅拌轴径向的绕流运动;壁面及顶部和底部区域速度几乎为零,形成死区,容积比率为29.85%。     

防风抑尘网开孔形式对流场的影响

应用CFD模拟软件Fluent 6.2提供的标准κ-ε模型，以流场数值模拟的方法对防风网结构及其网后流场进行流场模拟，研究了防风网开孔形式对物料堆表面速度、压力和湍动能变化的影响。模拟结果表明,物料堆表面风速由料堆底部沿迎风面表面向上逐渐增大，并在物料堆顶部附近出现边界层分离，使得背风面形成速度回流区；物料堆表面的压力由料堆底部沿迎风面表面向上逐渐降低，背风面则变化不大；在物料堆顶部湍动能较大，容易起尘。综合分析各个影响因素，圆形开孔防风网的挡风效果最佳。     

新型离心式脱硫塔气液两相流数值模拟

利用FLUENT软件和SIMPLE算法对新型旋流脱硫塔的气液两相流场进行了数值模拟。计算中气相采用了RSM湍流模型,颗粒相采用了Lagrange坐标系下的随机轨道模型。分析结果表明,气相流场具有强旋流特性;喷射液滴的直径、喷淋量和烟气流速影响其在塔内的分布:喷射液滴粒径越大、喷射量越小、烟气流速越大,入口段降温越少;塔体上方截面平均浓度随液滴粒径的增加而降低,随液气比的增加而增加,随烟气流速的增加会先增加至最高值然后降低。喷淋液滴在其他运行参数不变时,平均粒径范围为0.5～1 mm,会对进口烟气起到较好的净化与降温的作用,并使塔体上方喷淋液滴在截面z=4.15 m处浓度分布均匀且覆盖率高;在保证液滴粒径较小时,通过降低烟气流速或增加喷淋量可提高液滴喷淋覆盖率,使得烟气与喷淋充分接触。计算得到的气相流场分布与实测值吻合较好,证明了数学模型的合理性,为进一步优化分离器结构提供了可靠依据。     

用废玻璃和废铝制备耐磨复合材料的工艺研究

以废玻璃和废铝为原料,采用搅拌浇铸法制备玻璃/铝基废弃物复合材料.研究了玻璃颗粒形态、粒径、含量及制备工艺(温度、搅拌方式、时间)对复合材料微观组织和力学性能(如抗拉强度、耐磨强度)的影响.结果表明,玻璃颗粒较均匀地分布于铝基体中,界面结合良好;玻璃颗粒质量分数为10%～15%时,与铝基体相比,复合材料的耐磨性能提高较...     

不同浓度NaCl胁迫下鸢尾生理特性变化及污水净化效果比较

以鸢尾(Iris tectorum)为试验植物,构建垂直流人工湿地,分析不同浓度NaCl胁迫下鸢尾生理特性变化及人工湿地对污水中COD、TN和TP的净化效果。结果表明,在NaCl质量分数为1.0%污水胁迫下,胁迫第6周时鸢尾叶片的丙二醛(MDA)相比对照组(CK)增加了23.24%;在NaCl质量分数为0.5%污水胁迫下,胁迫第6周时鸢尾叶片脯氨酸(Pro)相比CK增加了79.51%;超氧化物歧化酶(SOD)活性在胁迫第3周达到最大值;在NaCl质量分数为1.0%污水胁迫下,鸢尾叶片的叶绿素大幅度降低,胁迫第6周时相比CK降低58.69%。相对于CK,两种人工湿地处理NaCl质量分数为1.0%污水时,无植物人工湿地对COD、TN和TP的去除率分别下降了13.94百分点、11.48百分点、19.11百分点,鸢尾人工湿地对COD、TN和TP的去除率分别下降了12.76百分点、12.88百分点、19.48百分点。鸢尾在盐胁迫下细胞膜和酶保护系统发生损伤,自身的渗透调节和光合作用能力下降;鸢尾在人工湿地污水处理系统中发挥重要作用,污水盐度越低人工湿地处理效果越好。     

污泥流变学及其厌氧消化混合特性数值模拟研究进展

污泥作为一种非牛顿流体,其流变特性对厌氧消化过程中的传质、传热、搅拌和物料输送等有着重要影响。系统阐述了污泥流变学属性,如流变特性的影响因素、流变模型以及其测试方法。由于污泥在厌氧消化反应器中流场的复杂性及其本身的不透明性,难以对其流场进行高效的实验测试,利用计算流体力学(CFD)技术结合流变学参数对流场进行数值模拟是一种有效工具。因此,综合分析了CFD技术在污泥厌氧消化过程中的研究现状及其搅拌混合过程中旋转桨叶处理方法的选择,并对污泥厌氧消化过程中进行数值模拟存在问题及进一步研究方向进行了展望。随着深入研究,以污泥流变学、计算流体力学为基础结合污泥厌氧消化生化反应过程联合数值模拟研究,将会为控制污泥的厌氧消化工艺提供更加全面和重要的技术措施。