基于含油污泥的搅拌反应器内气液两相流的数值模拟

采用安东帕流变仪对不同温度下含油污泥的流变性质进行测量，并通过拟合幂律方程得到相关流变参数。基于其流变特性，以空气-含油污泥为介质采用数值模拟方法研究了含油污泥温度以及反应器结构对气液两相流场、局部气含率分布以及通气搅拌功率的影响。结果表明：随着含油污泥温度升高，搅拌桨对液相扰动范围趋广，气含率分布趋于分散，气液两相混合程度愈加均匀，通气搅拌功率下降明显；对比4种不同反应器结构，双层桨分散性能最佳，液相平均流速最高，速度均匀度指数最低，在通气搅拌功率适宜的情况下其混合性能最佳。     

桨叶埋深与液面高度对JBR内气-液混合影响的数值模拟

为了获得软锰矿浆烟气脱硫工艺的最佳运行工况,应用计算流体动力学(CFD)方法对其吸收设备——喷射鼓泡反应器(JBR)内气液两相流动进行了三维数值模拟.在FLUENT软件中采用标准k-ε湍流模型与Eulerian多相流模型模拟了喷射鼓泡反应器内流场和气液分散特性,并应用气含率方差的概念定量描述气相的分散程度.着重考虑了上桨埋深和液面高度对整体气含率与气含率方差的影响,并对气含率方差与上桨上下含气区高度比R的关系进行了分析.结果表明,流场的重要特征与前人的类似实验结果和数值模拟结果一致.上桨埋深与液面高度对JBR内整体气含率和气相的分布具有显著影响.整体气含率随上桨埋深的增加而减小,而随着液面高度的增加,整体气含率先增大后减小.气含率方差随上桨埋深的增加而增大,随高度比R的增大而减小.综合分析认为液面高度取260～280 mm为宜,以R约为2确定上桨埋深.     

三相气升式内环流反应器的流体力学性能

从气含率、循环液速、停留时间分布等方面研究三相气升式内环流反应器的性能。结果表明:气含率随着表观气速、固含率的增大而增大;在低气速下,固含率对气含率的影响较大;在高气速下,固含率对气含率的影响比较小。在大量实验数据的基础上通过拟合得到预测气含率的经验关联式,且预测值与实验值吻合较好。基于推动力与阻力平衡建立了预测反应器循环液速的数学模型;用脉冲示踪法得到反应器的停留时间分布函数曲线,并通过计算得到了平均停留时间、停留时间分布方差、无因次方差等,得知此反应器接近全混流型反应器。     

基于CFD的三相内循环生物流化床操作参数影响的分析

建立了气-液-固三相内循环流化床的数学模型,验证了流体力学CFD模拟技术应用于气、液、固三相流化床操作中的可行性,探讨了表观气速和固体装载率等操作参数对气含率以及液体循环速率的影响,结果表明,随着固体装载率的增大,气含率先增大后减小,在13%处取得最大值。当表观气速在0~0.05 m/s时,气含率随着表观气速的增大而增大,在0.05 m/s处达到最大值,表观气速大于0.05 m/s时,气含率不再随着表观气速的增大而增大,而是基本保持不变。液体循环速率随固体装载率的增大而减小,随表观气速的增大而增大。在以气含率、液体循环速率作为约束条件的情况下,流化床反应器的最佳固体装载速率为13%,最佳表观气速为0.05 m/s。     

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.     

序批式反应器内多尺度三相流动的数值模拟

提出1个混合模型来数值模拟序批式反应器内气-液-固三相的多尺度流动.该混合模型采用Level Set方法模拟曝气气泡的运动,应用离散颗粒方法处理活性污泥固体的运动,运用体积平均的Navier-Stokes方程描述液相的流动.模型考虑了颗粒-气泡、颗粒-流体以及气泡-流体之间的相互作用.通过模拟反应器内曝气气泡生成、上升以及污泥沉淀的动态过程,检验了模型的可行性.流动结构的模拟结果显示,在反应器中污泥与污水均有明显的环流特征.气泡与颗粒相互作用引起的气泡破碎行为会导致反应器内大量小气泡的生成以及污泥颗粒的弥散.反应器内这些流体动力学特征使得污泥与污水达到充分混合,有利于生物降解处理.     

污泥厌氧消化搅拌条件的优化分析

借助实验和计算流体力学方法对污泥厌氧消化的混合效果及能耗进行实验和模拟分析,研究结果表明:对含水率为95%的污泥进行搅拌,随着搅拌转速的增加物料达到混和均匀所需的时间越短,在搅拌转速分别为140、180和220 r/min时,所需搅拌时间分别为40、25和15 min。但是通过功率和能耗比较分析发现转速为180 r/min时的能耗最低;同时利用Fluent软件对该反应器的速度场和浓度场的分布进行了模拟,模拟结果表明随着搅拌转速的增加,反应器内的速度呈逐渐增大的趋势,浓度场分布在转速为180、200和220 r/min时达到均匀,并且基于速度场和浓度场的模拟进行功率和能耗分析的结论和实验结果一致。因此,综合实验和模拟结果,从节能和高效的原则出发确定180 r/min的转速为该反应器混匀时的最佳转速。     

基于CFD的内构件强化内循环流化床流场结构分析

针对流化床内部流体结构的复杂性和缺乏有效放大设计理论的问题,以漏斗型导流内构件强化的内循环流化床的气液运动为研究对象,利用欧拉-欧拉双流体模型构建了能描述其复杂流动的CFD数学模型,通过宏观流场、气含率分布、液体速度分布解析内构件对气液混合传质的作用原理.数值模拟结果表明:双流体模型能较好地揭示流化床内气液流场结构,流...     

内循环生物流化床反应器流体力学特性的数值模拟

首先采用气、液两相模型对7组结构参数的反应器进行模拟计算,然后根据计算结果选择了一组较优的结构参数进行气、液、固3相的数值模拟计算.结果表明,通过数值模拟方法对内循环生物流化床反应器流体力学特性进行计算可获得优化的反应器结构参数;明确了循环挡板的长度及位置对反应器内液相流场分布的影响较为显著的事实;同时指出固相颗粒的加入对反应器内液相流速的分布几乎没有影响,固相含率较高的区域在反应器升流区.     

脱水污泥厌氧发酵搅拌动力需求试验研究

对于含固率较高的脱水污泥厌氧发酵系统,对物料的搅拌是能耗的重要组成部分,而目前对发酵工艺中机械搅拌动力需求的研究几乎没有。研制了一台卧式强制搅拌干式厌氧发酵反应器,对叶片搅拌过程进行受力分析,计算出理论搅拌扭矩,并以此反应器为基础,研究了污水处理厂脱水污泥的搅拌动力需求。具体研究了污泥的含固率、搅拌转速、反应器填充率等因素对搅拌动力需求的影响,发现低转速下,转速对搅拌扭矩影响非常小,而从搅拌动力需求角度考虑,物料填充率在66.7%~85%之间比较合理。同时还对长期连续搅拌状态下污泥所需的搅拌动力的变化做了研究,发现经过搅拌污泥的内摩擦角和粘聚力出现了较大的变化,从而引起搅拌所需动力在短时间内大幅降低。而原污泥兑水使含固率降低、自由水含量增加时,其搅拌动力需求呈指数趋势减小。     

扬水曝气器曝气室提水性能模型应用研究

文章根据扬水曝气器曝气室的流体特性,在曝气室内气-液两相流体所受推动力和曳力平衡条件下,建立了一维两相流提水性能模型,并应用于同温层曝气器流体运动特性的模拟预测。结果表明:模型对同温层曝气器上升段气含率的估计值与实测值之间的误差限为±10%,对流体表观上升速度的误差限为±20%。这说明提水性能模型对同温层曝气器的流体特性模拟具有很强的适用性。     

气提升交替循环流复合滤池的流体力学和氧传质特性研究

气提升交替流复合滤池（AALCF）在气提升循环流化床（ALR）和曝气生物滤池（BAF）研究基础上发明的一种新型生化反应器。通过该反应器,研究了其流体力学和氧传质特性以及它们的主要影响因素,即气体流量和颗粒滤料层高度。结果表明,气体流量对反应器内液体流速、循环时间、气含率以及氧传质系数均有线性的影响;而随着颗粒层高的增加,液体流速会减小从而循环时间延长,但其对气含率的影响并不明显,另外。氧传质系数随之呈现先增加后减小的趋势,且在颗粒层高为15cm时可达最大值。     

气泡尺寸对曝气池内气液两相流数值模拟的影响

为探索在曝气池气液两相流数值模拟中气泡尺寸对两相流流动特性的影响,采用大涡模拟和欧拉－拉格朗日方法建立了曝气池两相流数学模型.基于模型实验得到的工程上常用的微孔曝气盘的气泡尺寸分布,在数值模拟中设定了3种气泡尺寸分布方案,比较了不同的气泡尺寸设定方案对计算曝气池内水流流速和气含率等参数的影响.结果表明,气泡尺寸对水流流场具有较大的影响,而对气含率分布的影响在大部分区域不明显,只在气含率峰值附近影响较显著;使用多组气泡尺寸的设定方案可以提高计算结果的准确性,采用单组气泡尺寸时应尽量使其接近平均气泡直径.     

基于结构参数响应的内循环流化床流体特性优化数值模拟

流化床是一种结构复杂而能量转化高效的反应器型式,为了实现系统化的内循环流化床优化设计,利用欧拉-欧拉双流体模型构建了不同结构的CFD流化床模型,在分别改变高径比、导流筒与反应器的直径比和底隙高度3个结构因素的情况下,考察流化床内全流场、局部流场、液相运动速度及气含率等气液两相流的响应特性,分析结构因素及操作因素对流体运动的内在影响,阐明工程优化设计的方向.数值模拟结果表明:高径比主要影响气液流动型态,低高径比时容易出现漩涡和返混,工程中应采用导流内构件并重视气体分布装置的合理设计;导流筒与反应器的直径比主要影响液体循环速度,存在一个合理的区间,考虑流动速度与气含率,流化床直径比可取0.6～0.8,最佳取值为0.7;底隙高度影响流化床底泥区的流体运动,应约等于流化床下降区的缝隙长度.CFD模拟可作为污染控制技术工业放大和优化设计的辅助工具.     

内循环颗粒污泥床硝化反应器流体力学特征研究

对内循环颗粒污泥床硝化反应器中的气含率和液体运动速率进行了试验研究 ,建立了分别基于流体力学平衡原理及反应器能量输入与消耗平衡方程的气含率和液体运动速率的机理性数学模型 .根据试验数据 ,在相对误差分别为 4 78%和6 5 3%的情况下对上述模型进行了参数估计 .在实际运行中 ,通过所建模型对反应器中的气含率和液体运动速率进行有效调控 ,可实现反应器的高效稳定运行.     

底隙十字挡板对四边形流化床流体力学性能优化数值模拟

通过置入内构件实现流化床底隙区多相流矢量由混沌到归一的转化可获得床体内流体流化性能的改善.基于此,以底隙区置入十字挡板的四边形流化床为研究对象,使用Fluent软件进行三维可视化模拟,利用Eulerian-Eulerian双流体模型模拟其在厌氧、水解及好氧条件下优化反应器流体力学性能的能力,考察置入挡板前后流化床内流场、液相运动速率、气体相含率及湍流耗散率的反馈变化,分析其对流体运动的影响,并提出工程优化设计的方向.结果表明:底隙区置入十字挡板后,四边形流化床内液体循环速度最大提升15.7%,在上升区截面上的分布更加均匀,液速峰值下降,有利于维持活性污泥的团聚作用,对提高流化床污泥负荷有利;整体气含率下降3.5%~6.9%,应用时可加入漏斗型内构件予以改进;在水解与好氧生物的模拟过程中,底隙区十字挡板的置入更能优化水力条件,湍流动能耗散率最大降低31.9%,对降低系统能耗提供了有利证据.研究证明,反应器内构件的设置通过流体力学性能的数值模拟可以成为一种优化开发的捷径技术.     

浸没式膜生物反应器中气含率的研究

通过对浸没式膜生物反应器中总平均气相含率、下降区气含率和上升区气含率的测量和研究,实验表明:反应器运行的适宜工况流量为:100~300 m3/h之间,曝气量:2.5~7.5 m3/h;验证了静压差法测量气含率的方法在膜生物反应器中的适用性;根据测量数据分析得出膜生物反应器中总平均气含率随曝气量的增大而增加,整个下降区气含率及计算得到的上升区气含率都稳定增大,但下降区内部每段气含率呈现余弦曲线的变化规律。     

半干半湿法烟气脱硫塔流场分析

利用计算流体力学的方法对半干半湿法烟气脱硫塔内部流场进行研究,通过对塔体内部设备的优化,增加脱硫剂与SO₂接触的几率,提高脱硫塔反应效率.在分析脱硫塔内多相流体的流动的基础上,建立k-ε湍流方程模型,分析了塔体内部对流场以及与脱硫效率的影响,研究结果表明,脱硫塔的内部结构对于流场分布起决定性作用,烟气分布器有助于控制脱硫化学反应,对进一步提高半干半湿法烟气脱硫效率非常重要.