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%。     

基于两相流模型污泥消化反应器内流场分析

污泥作为一种不透明的非牛顿流体,研究厌氧消化反应器内的流场分布对于解决污泥堆积、混合不均问题具有指导作用,并且能为实际工程中反应器优化设计提供依据。基于固液两相流混合模型,借助CFD模拟软件Fluent 15.0对污泥厌氧消化反应器内的流场进行数值模拟。研究得出,反应器内的速度分布与高度和径向距离有关。在某一特定的径向距离r/R内,速度逐渐增大,向壁面扩散速度又逐渐降为0。死区体积随着时间的延长而逐渐降低,但降低的幅度逐渐减小。t=1 s时,Y=0.15 m高度处污泥在r/R为0.3~0.5范围内,其浓度明显大于其他高度的污泥浓度。搅拌至t=20 s时,在r/R为0.5~0.9范围内,污泥体积分数达到10.5%左右。反应器的底部、上端和壁面是混合效果较差的区域。研究桨叶表面的压力分布,结果显示,桨叶末端所受的压力最大。