低含液管道内气液两相流动特性的数值研究

基于管内气液两相流动理论,建立了低含液管道两相流动数学模型,对管路内气相流场、液滴空间分布进行了研究。结果表明:运用边界层网格与增强壁面函数相结合的方法,能够很好地模拟近壁处流场;水平管内液滴群主要集中在中下部区域;弯头内离心力促使液滴群向外侧运动;受上游弯头的影响,竖直管内存在一对涡核,沿流动方向,竖直管右侧液滴群浓度逐渐下降,液滴群分布范围变大,有向左侧运动的行为。     

应用气液两相流模型模拟湖泊风生流

采用了基于两相流理论的三维相间界面计算模型模拟湖泊风生流,并采用交错网格的有限体积法求解。该模型应用于昆明市滇池的风生流模拟,实际计算表明该模型算法程序简单,计算结果合理,能较真实的反映湖泊风生流的流态特征。     

T型微通道反应器内气液两相流及气液固多相流模拟研究

微通道内流体流动及标量传递信息的获取一直是研究热点之一。基于CFD模拟技术,研究了微通道中气液两相及气液固三相的流动过程。开发了颗粒孔隙尺度网格处理方法,获得了微通道内气液两相流型随气液流速及气相入口尺寸的变化规律,初步分析了催化剂颗粒缝隙气泡的变形、破碎等情况,为微反应器的合理设计提供了指导。     

机动车加油过程中气液两相流动特性的CFD数值模拟

随着环保法规的不断完善,机动车加油过程中所产生的油气排放污染问题越来越受到重视.国外自20世纪90年代中后期开始采用数值模拟手段对机动车的加油过程进行研究,而国内迄今尚处于空白阶段.对机动车加油过程所涉及的＂加油枪喷嘴＋加油管＋油箱＋回气管＂物理体系进行适当简化,采用商业计算流体动力学（CFD）软件Fluent中提供的VOF气液两相流模型和RNG k-ε湍流模型,在基于Gambit软件确定网格划分方案和进行适当的边界条件设置后,建立了合理可行的加油过程气液两相流动CFD数值模拟模型,讨论了加油速度对油箱内气相空间静压力的影响,揭示了汽油在加油管内的回流现象.结果表明,加油枪的流量越大,油箱内气相空间的静压总体上也逐渐增大;同时油箱内气相空间的静压总体上可以划分为3个较为明显的阶段.而当加油流量较大时,往往会引起汽油在加油管油帽段内回流,从而使得加油枪过早跳枪.本研究为国内自主开展机动车加油以及油气排放污染控制技术和设备方面的研究开发奠定了一定基础.     

横向流中曝气气泡生成动力学及模拟研究

采用水平集方法和变物性的单一流体运动方程,结合显式时间步进的ICE数值算法,三维模拟了推流式曝气池内气泡的生成过程.重点研究了横向水流对曝气气泡生成动力学的影响.模拟的气泡形状演变过程与国外学者的可视化实验符合较好.模拟结果显示,与在静止水流中气泡的生成相比,曝气池内水横向流动对气泡的生成过程有重要的影响.由于受到水流施加的横向曳力作用,气泡逐渐倾斜向下游生长;气泡生成的时间明显缩短;生成气泡的体积也显著地减小.     

多级孔板扰流泡沫发生器流场模拟分析

通过数值模拟方法,对内锥和多级孔板组合扰流结构下的泡沫发生器流场进行了模拟和分析。通过CFD流场模拟软件Fluent,以泡沫发生器的真实操作工况为边界条件进行建模,得到了气液两相掺混流场的结构和重要动力学参数,并进行了分析。发现扰流件的下游区域存在一个较稳定回流区,同时在多级孔板区域流场的湍动能及湍动能耗散率较高,对泡沫发生器中气液两相掺混有利。扰流件下游液相分布较为均匀,进一步验证了发泡器内部气液掺混效果较佳。通过流场模拟,验证了圆锥和四级孔板组合扰流结构对强化泡沫发生器内气液掺混的有效性。     

流体对水轮机喷嘴控制室腐蚀影响的数值模拟

水下发电装置中,喷嘴控制室的水动力分析是整个装置很重要的一个环节,它为轻质流体的运动提供了动能,其在惯性力作用下驱动整个装置.采用三维雷诺时均守恒方程与湍流模型,考虑海水与细沙颗粒之间的双向耦合作用,通过FLUENT软件对流速、流动剪切应力等腐蚀因素进行数值模拟,对相关性研究工作提供了参考方案.     

介质阻挡气液两相放电灭活大肠杆菌

采用双向窄脉冲介质阻挡气液两相放电技术,对大肠杆菌灭活效果进行了试验.研究了曝气量、初始含菌量、处理时间、电场强度及电导率与大肠杆菌灭活率的关系.结果表明,菌体灭活率随初始含菌量、电场强度、处理时间的增加而增大,但随电导率的增加而减小.较佳的曝气量为0.75m³/h.     

塔式曝气池内非牛顿活性污泥气液两相数值模拟

基于欧拉-欧拉架构下,采用欧拉双流体模型耦合PBM(群体平衡模型)对活性污泥这一非牛顿流体下的实验室尺度塔式曝气池气液两相进行数值模拟,探讨不同污泥浓度下,塔式曝气池内气液两相流速度场、气含率、动力黏度等流体动力学行为,发现低速下塔式曝气池内时均气相体积分数分布呈倒梯形柱状,时均流场及速度场均对称分布.随着污泥浓度增大,曝气池中下部气相体积分数高值区面积收窄,液相垂向速度峰值不断增高.低浓度污泥时,x方向液相速度呈现与牛顿流体相似的周期性摆动;污泥浓度越大,曝气池时均气含率越小,以水为介质时会高估曝气池内气含率;污泥浓度为10.2g/L时,动力黏度峰值最大,且曝气池中央黏度低值区呈"V"字形分布.     

超细颗粒在单个上升气泡内的沉积过程模拟

从单个上升气泡内外流场的完全Navier-Stokes方程数值解出发,用Lagrange轨道跟踪的方法研究了超细颗粒在单个上升气泡内的沉积过程,在气泡的流场中考虑了气泡运动中的变形．在超细颗粒的受力中考虑了粘性阻力和Bromnian运动扩散力．在常温下水．空气体系中,对气泡直径0.1～1mm,超细颗粒直径0.1～2μm的情况进行了数值模拟,并对数值模拟的结果进行了拟合,得出简便易用的经验公式。     

Application of numerical simulation on optimum design of two-dimensional sedimentation tanks in the wastewater treatment plant

The paper establishes the relationship between the sttling efficiency and the sizes of the sedimentation through the process of numerical simulation,which is taken as of the constraints to set up a simple optimum dsigning model of sedimentation tank.The feasibility and advantages of this model based on numerical calculation are verified through the application of practical case.     

文丘里串联结构气泡发生器气液混合和发泡特性试验

高效紧凑型微细气泡发生技术和粒径调控技术是微细气泡技术大规模工业应用的前提和基础。通过CFD数值模拟手段和试验测试手段测试两级文丘里串联结构气泡发生器内气液两相混合发泡特性,并利用响应曲面法对关键结构参数进行了优化设计和交互影响分析。结果表明：对两级文丘里串联结构气泡发生器成泡粒径影响最大的参数主要是二级喉管管径,其次为一级喉管管径和二级扩张角,一级扩张角的影响最小。相同工况条件下,单级文丘里管气泡发生器所生成的气泡群中位粒径为543.64 μm,粒径小于100 μm的微细气泡数量占比为8.6%;两级文丘里管串联气泡发生器所生成的气泡中位粒径为515.99 μm,微细气泡数量占比提升至12.1%。因此,可以通过控制水流流量和改变文丘里串联数量实现气泡粒径从毫米级别到微米级别的调控。

     

滤料粒径对BAF小尺度下流场形态及挂膜速度的影响

为探讨颗粒粒径对曝气生物滤池(BAF)运行效果的影响,采用数值模拟和实验研究方法分析了滤料粒径对曝气生物滤池流场形态及挂膜速度的作用机理.选用5个颗粒尺寸结构空间作为计算区域,利用Fluent软件对相同颗粒间隙、不同颗粒粒径下BAF小尺度下的流场形态进行模拟分析,并通过对3种粒径下流线图、速度矢量图、压力分布及湍流强度变化的对比分析,发现颗粒粒径为3 mm时流场形态最好,最有利于气水混合及氧传质的进行.同时,为验证模拟结果的正确性,对同种材质、相同运行条件下3种不同颗粒粒径进行挂膜速度对比,通过考察挂膜启动28 d的COD去除率变化及污泥生物量的对比分析,发现颗粒粒径为3 mm时,运行最为稳定,系统运行第16 d时就达到了80%的COD去除效率.     

阴离子表面活性剂对微孔曝气氧传质过程影响的研究

阴离子表面活性剂在污水中广泛存在,并对曝气氧传质过程有重要影响.因此,通过试验研究了不同浓度的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对微孔曝气氧传质过程的影响.结果表明,当表面活性剂SDBS的浓度在0～5.74×10-5mol·L-1之间变化时,氧总转移系数(KLa)和水质修正系数(α)先减小后增大,在浓度为1.43×10-5 mol· L-1左右时最低.对于同一SDBS浓度,通气量越大,α值越大,说明大气量可以部分抵消表面活性剂对传质的不利影响.在低表面活性剂浓度(CsDBs＜ 1.43×10-5 mol· L-1)时,表面张力迅速下降,抑制传质作用占主导,此时KLα减小;随着表面活性剂浓度增大,由于气含率增大所带来的促进传质作用逐渐占主导,此时KLa增大.最终建立KLα和表面张力(γ∞)、气含率(b)之间的多元线性关系方程为:KLα =0.00024γ∞+0.094 b+0.044.     

Numerical modeling method on the movement of water flow and suspended solids in two-dimensional sedimentation tanks in the wastewater treatment plant

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ,ｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｍｅｔｈｏｄｏｆｓｏｌｉｄｌｉｑｕｉｄｓｅｐａｒａｔｉｏｎｉｓｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ .Ｆｒｏｍｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ,ｏｎｅｑｕａｒｔｅｒｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔｉｓｕｓｅｄｆｏｒｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｔａｎｋｓ (Ｓｗａｍｅｅ ,1 996) .Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃ…     

Numerical modeling method on the movement of water flow and suspended solids in two-dimensional sedimentation tanks in the wastewater treatment plant

Taking the distributing calculation of velocity and concentration as an example,the paper established a series of governing equations by the vorticity-stream function method, and dispersed the equations by the finite differencing method.After figuring out the distribution field of velocity, the paper also calculated the concentration distribution in sedimentation tank by using using the two-dimensional concentration transport equation.The validity and feasibility of the numerical method was verified through comparing with experimental data.Furthermore,the paper carried out a tentative exploration into the application of numerical simulation of sedimentation tanks.     

气泡直径对气-液-污泥流态及污泥颗粒化的影响

通过建立三维Eulerian-Eulerian模型,用计算流体动力学模拟了鼓泡好氧活性污泥反应器中,不同气泡直径下气-液-污泥三相流的流态,分析了反应器内的流体动力学特性,并研究了其对污泥颗粒化的影响机理.结果表明:曝气头表面的孔径大小与反应器中气含率负相关,而与污泥所受的水力剪切速率正相关.气相、液相速度与曝气头的孔径和表观气速正相关.反应器中的流态由尺度较大的环流和尺度较小的旋涡构成.随着表观气速和入口气泡直径的增加,液相和颗粒的流态均由尺度较大的环流转变为尺度较小的旋涡.相同曝气孔径时,液相与颗粒的流态之间存在差异,且气泡直径越小,表观气速越大,两者的差异越明显.为满足好氧污泥颗粒化所需的凝聚条件,反应器中曝气头孔径应大于1mm.     

强化曝气对潜流人工湿地堵塞物分布规律的影响

构建曝气及未曝气潜流人工湿地小试实验系统,研究曝气对人工湿地堵塞物组分及分布规律的影响.结果表明:两系统中堵塞物组成均以无机物为主,曝气对堵塞物累积总量影响不大,但对堵塞物化学组分影响较大,使堵塞物中有机物组分比例降低.未曝气及曝气系统堵塞物平均累积量分别为5.18 mg·g~(-1)及5.21 mg·g~(-1),有机物所占比例分别为28.4%和15.6%.曝气对堵塞物在水平及深度方向的分布影响不大,两系统均表现为底层累积物含量略高于表层,出水端累积物含量略高于进水端.电镜及能谱分析结果显示,受溶解氧因素的影响,两系统中表层填料元素种类均较底层丰富,且曝气系统较未曝气系统丰富.