二沉池数值模拟研究的综述与评论

二沉池作为重要的污水处理构筑物,其运行性能决定着出水水质。二沉池两相流动的动力学行为对污泥沉降过程产生重要影响,其数值模型化及模拟对二沉池运行条件及结构设计优化具有重要意义。首先对应用于二沉池模拟的混合模型、组分输运模型、VOF-组分输运耦合模型的原理、模型精度、优缺点进行了探讨;其次,对影响二沉池内两相流动精确模拟的污泥沉降速度、混合液流变性质、外界风场、二沉池结构等因素进行阐述与分析,并梳理了目前的研究进展及不足;最后指出了今后二沉池数值模型及模拟的研究方向,以期为采用数值模拟手段对二沉池的研究提供借鉴和参考。     

输送、滞留叠加海上回流的长时间沙尘天气影响判断及贡献分析

于2019年10月15日～11月7日对上海大气中颗粒物的质量浓度和PM2.5的化学组分进行了在线连续观测,期间,华东地区遭遇了一次大范围的沙尘过程.根据相关规定,结合沙尘示踪组分和WRF-CMAQ 数值模拟,将观测过程分为4 个阶段:沙尘前、沙尘I(输送和滞留过程)、沙尘Ⅱ(海上回流和清除过程)和沙尘后.基于相关规定、...     

不锈钢板式热沉传热特性的实验与模拟研究

目的 研究流量、胀高及焊点排布方式对不锈钢板式热沉传热特性的影响。方法 搭建实验平台,加工出结构参数不同的板式热沉实验件,同时采用静力隐式算法建立相应的几何模型,通过实验与数值模拟相结合的方法,研究流量、胀高和焊点排布方式的变化对板式热沉热阻的影响规律,并分析热沉流道内部流场状态。结果 首先计算了6个工况下的热阻,发现实际换热量为540 W时,数值模拟与实验结果的最大相对误差不大于25%。然后分析了误差来源,最后得到了热沉全流道速度场与温度场的分布情况。结论 实验与模拟结果有较好的符合程度,证明了数值模拟方法的可靠性。在换热量相同时,板式热沉的热阻随流量与胀高的增大而减小,焊点为菱形排布的热沉传热性能相对更好。板式热沉内部的流场具有周期性,焊点使流体扰动增强,并形成射流和旋涡,起到了强化传热的效果。     

基于数值仿真-响应表面法的二沉池优化研究

以长沙市某污水处理厂二沉池为例,采用多相流混合物模型与k-ε湍流模型结合对辐流式二沉池内速度场和污泥浓度场进行了数值模拟.以出水口悬浮物浓度(SS)为响应目标,对影响二沉池沉淀效果的3个影响因素(进水口流速、颗粒污泥粒径、挡板的淹没深度)进行中心复合设计(central composite design,CCD),并经响应表面法分析得到影响出水SS的二次回归模型,确定了二沉池沉降的最佳条件:进水口流速为0.03m·s-1,颗粒污泥粒径为220.41μm,挡板的淹没深度为3.45m,采用数值仿真模拟实验得到出水口悬浮物浓度值为2.4mg·L-1,较优化之前的仿真结果一周平均值6.7mg·L-1相比,其处理效率提高了64.2%.采用数值仿真和响应表面法结合对二沉池工艺条件进行优化研究,可以加速寻优过程,是工艺优化的辅助工具.     

基于等效渗透系数法修正的多节点井流模型北大核心CSCD

管道是含水层中十分常见的水文地质结构,目前关于含水层中地下水管道流模拟常用的模型有等效渗透系数模型、多节点井流(MNW)模型和管道流(CFP)模型,其中MNW模型和CFP模型被耦合到地下水数值模拟软件MODFLOW中。MNW模型使用有限差分网格渗透系数对管道流进行计算,在数值模拟过程中假设包含管道的含水层网格渗透系数为孔隙介质渗透系数,但其并不能反映管道-含水层网格系统的高渗透性。基于等效渗透系数法对MNW模型进行修正,为了检验修正后MNW模型的模拟效果,以二维砂槽试验数据为例,分别采用CFP模型、原始MNW模型和修正MNW模型对管道周围含水层地下水流场进行了数值模拟,并将模拟流场与实测流场进行了对比分析。结果表明：修正MNW模型与原始MNW模型相比其模拟误差降低了76.14%,且其模拟误差小于CFP模型,说明修正后的MNW模型提升了多节点井流模型对含水层中管道流的模拟效果,更好地体现了现实中管道与含水层的双重介质性,对更加高效而准确地进行含水层中地下水管道流数值模拟具有实际意义。     

海洋柱体结构壁面污染物对流扩散的数值模拟

对于柱体绕流问题,国内外学者已经进行了大量研究,但对柱体表面涂料对海洋环境产生的污染问题却少有研究。本文对二维圆柱绕流作用下壁面污染物扩散引起的浓度场进行了数值模拟,在雷诺数为75～175圆柱绕流产生的振荡涡流场中,将圆柱表面污染物质作为壁面污染源,进行了多种振荡涡流场条件下浓度场的计算,分析了浓度场与涡流场之间的关联及其分布规律。数值模拟结果表明,在振荡涡流场的作用下,污染物的浓度分布与涡的分布同步,漩涡中心的浓度值相对较高,漩涡边缘的浓度值相对较低。随着雷诺数的增加,涡心附近的浓度值呈下降趋势。     

微波桶内干燥模拟含硼废液可行性研究

目前核电站普遍采用的水泥固化处理废液增容大,为了实现废物最小化,开展了微波桶内干燥处理模拟含硼废液可行性研究.采用微波炉对模拟含硼废液干燥特性探索性试验研究,结果表明:桶内干燥产物含水率受模拟含硼废物的厚度影响,桶内干燥工艺需要合理控制模拟含硼废物添加量.12升微波桶内干燥试验预试验结果表明:不锈钢桶壁和桶底干燥产物含水率偏高,建议添加相应的保温或辅助加热措施.综合考虑,合理控制微波干燥条件,模拟含硼废液干燥产物的含水率可降至10wt％(不合游离水)以下,减容系数可达到5.试验表明,微波桶内干燥处理放射性废液是可行的.     

内陆丘陵河谷地区小风条件下的大气扩散模拟研究

针对湖南中部丘陵河谷地区的气象特点,开展了小风条件下大气扩散的数值模拟研究,并与示踪实验结果进行比较.模拟采用美国EPA推荐的非稳态拉格朗日高斯烟团模式CALPUFF,以加密的地面气象观测资料、边界层垂直廓线观测资料和铁塔多层湍流观测资料作为模拟气象场的输入.中等风速和小风条件下的模拟结果表明:模式对地表类型及资料的分...     

西南地区酸雨形成大气化学过程

通过野外观测、实验室实验和数值模拟研究了西南地区酸雨形成大气化学过程.新认识如下:①人为排放引起的酸雨及空气污染,目前尚未明显波及到西藏高原;②在重污染区SO_2污染严重,不管降水云是否酸性或污染,降水总是酸性、受污染的,云下洗脱痕量气体及颗粒物起重要作用,氧化剂是降水酸化的控制剂;③在典型农村地区,降水化学组成依赖于降水云的化学组成,即依赖于云化学,酸化过程中SO_2是控制剂;④该地区主要氧化剂是H_2O_2,高度越高,云水中H_2O_2含量越高;⑤该地区是硫酸型酸雨,硝酸含量有上升趋势,在考虑降水酸度时有机酸贡献不可忽视;⑥降水中很多元素来自颗粒物,颗粒物缓冲参数化并耦合到云下洗脱模型中,大大缩小了观测与数值模拟的降水酸度之差.     

城市空气质量数值预报系统对PM2.5的数值模拟研究

发展了南京大学城市空气质量数值预报模式系统(NJU-CAQPS),在模式系统中引入了气溶胶模块.运用该系统对南京地区冬夏两季PM2.5浓度的时间变化规律和空间分布特征进行了数值模拟研究,通过与实际观测资料对比,检验发展后的模式系统对于细颗粒物的模拟性能.结果表明,南京市城近郊内冬夏两季PM2.5浓度具有明显的时空变化特征,一般在半夜和清晨会出现较高浓度,午后至傍晚浓度较低.冬季浓度高于夏季,冬夏两季算例的浓度日均值之比为1.51.空间分布受到排放源位置、地面流场等因素影响.二次气溶胶在PM2.5中占相当的份额,冬夏两季算例中二次气溶胶在PM2.5中所占比例分别为12%和15%,夏季二次气溶胶对PM2.5浓度贡献较冬季大.与实际观测资料的对比验证表明,经过发展的该模式系统对于城市PM2.5等颗粒物的模拟性能良好.     

风向对街谷内颗粒物扩散的DPM数值模拟研究

该文基于CFD软件,建立城市街道峡谷颗粒物扩散的三维模型,采用标准k-ε两方程模型模拟城市街谷内的连续气流场,在此基础上采用离散相模型(DPM)对高宽比为2的街谷内颗粒物浓度场进行了数值模拟,给出了不同风向下空气流场和迎风壁面、背风壁面以及人体呼吸高度处街谷颗粒物浓度的分布。计算结果表明,风向对街谷壁面颗粒物浓度的分布有着显著影响:0°风向下风速为0.4m/s时,街谷壁面颗粒物积累浓度最大,流场呈现出明显的二维特性,不利于颗粒物扩散;其次是45°风向2 m/s风速;90°风向下风速为6m/s时最有利于街谷颗粒物浓度的扩散。外部大气湍流的驱使使得垂直风向街区内产生强烈漩涡,导致相同风速下街谷背风壁面颗粒物浓度均高于迎风壁面颗粒物浓度。     

Fluent在城区内流场及污染扩散模拟的适用性检验

基于榆中污染扩散实验翔实的观测资料,使用计算流体力学软件Fluent开展了城区内流场及污染物传输扩散的数值模拟研究,并将模拟值与外场实验观测值对比,以此检验Fluent软件的适用性。结果表明,Fluent能较好地模拟城区内流场,风场的模拟值能反应实际风场的变化趋势,风向平均绝对误差为32.18°,风速平均相对误差为35.63%;且模拟效果随风速的增大而逐步提高;城区建筑物对流场拖曳作用明显,街区分布对流场的影响较大;以SF6为示踪物,Fluent软件能模拟出与观测污染物扩散相似的形态,表明Fluent软件对污染物传输和扩散的较好模拟能力。该研究加深了对城区内流场复杂性的认识,并为了解城区内污染物传输扩散过程、做好空气污染事故灾害防治和救援以及事故后灾害评估等提供科学依据。     

格子玻尔兹曼方法(LBM)及其在微通道绕流中的应用

介绍了格子玻尔兹曼方法基本理论与计算方法,并建立了D2Q9计算模型,对宏观尺度及微通道中的非稳态绕流进行了数值模拟,得到了绕流过程的速度分布和涡量分布等信息,对流场结构、固体阻力、尾涡脱落等变化规律进行了分析。结果表明,格子玻尔兹曼方法以其计算稳定、效率高等优势能够应用于微反应器领域的数值模拟;同等液相停留时间条件下,微反应器中的圆柱绕流湍动程度明显降低,未形成周期性涡流,流动更加均匀稳定,有助于实现化学反应的精确控制。     

北京市雨水径流中颗粒物沉降特性

选择北京市中心城区某合流制和分流制系统排出口雨水径流为研究对象,采用虹吸式沉降柱静态沉淀试验,分析了典型降雨场次雨水径流中颗粒物的沉淀特征。结果表明:合流制溢流及分流制雨水径流中颗粒物沉速区间均主要集中于0.1～1 mm/s,该沉速区间的颗粒物对于污染物去除效果影响较大。分流制排水系统颗粒物的沉速随产流时间的增加而降低,沉速越大颗粒物去除效率越高,而合流制系统颗粒物沉速随时间波动较大,各沉速区间颗粒物去除率分布较均匀,当控制沉降速率>0.05 mm/s时,合流制颗粒物控制效果优于分流制。     

典型生活污水颗粒物粒径分布及沉降性能研究

为明确生活污水颗粒物粒径分布及沉降性能,采用颗粒分析仪测试了三个典型生活污水处理厂进水颗粒物粒径分布,通过静沉试验比较颗粒物分布变化及沉降性能,分析了沉砂作用对颗粒物的去除效果,获得了典型生活污水颗粒物分布的基本特性和静水沉降的一般规律.结果表明:进水颗粒物中位径为8～14μm,静沉后的中位径降至4～8μm,颗粒物总数...     

室内颗粒物的稳态置换流净化机制

对室内颗粒物输运扩散进行了机理上的探讨.用时间空间尺度分析方法,把颗粒物通量分解为宏观平均运动δ尺度的平移滑移,湍流运动的η微尺度的湍流扩散,以及分子运动λ尺度的布朗运动4部分,得到颗粒物通量的系综平均表达式及模式计算表达式,并以此分析总结出提高室内颗粒物净化效率的方法,即低流速及低湍流度梯度.采用数值计算比较了稳态置换流与常规点状上进风上排风形成流场的区别,通过现场实测比较了不同方式安装稳态置换流装置的2个房间的颗粒物数浓度随时间变化,提出并应用剂量加权净化效率对净化效果进行了比较.结果表明,稳态置换流的维持弱正压、线状斜对边进排气口布局、低流速及低湍流度等做法能有效提高净化效率并降低能耗.     

浅层小尺度隐伏断层地表勘探的正演模拟及应用

采用二维声波方程有限差分法对浅层小尺度隐伏断层地质模型的地震波场响应进行数值模拟,分别从震源位于断层下降盘顶、断层上升盘顶及断层顶三个不同位置进行正演模拟,对地震波场在断层模型中的传播规律及其地震记录变化特征进行了详细分析。结果表明多个单炮记录的变化对比不仅可以对断层进行快速有效的判断,而且为分析断层几何类型、估计断裂带范围与宽度等方面提供重要的依据。同时将模拟结果应用到实际生产中,取得了较好的应用效果。该方法能有效辅助实际野外工作中对断层的判断,为合理设计观测系统及采集参数设置提供指导,对提高浅层地震勘探现场工作效率和精度具有重要作用。     

高炉出铁场高温烟尘扩散与捕集特性模拟

高炉出铁场在出铁过程中产生的高温烟尘污染范围广、时间长、阵发性强。高温铁水上方的气流运动为热羽流,受通风气流影响极大,现有除尘罩设计方法无法有效解决高温烟尘的污染问题。针对我国中小型高炉出铁场厂房形式及出铁特点,建立了出铁场厂房内的两相流动模型及高温烟尘扩散与捕集过程的数值模拟方法。模拟发现,高炉前方的气流上升速度先增加后减小,形成了典型的受限空间热羽流。由于出铁口除尘罩与高炉间存在间隙,在抽吸作用下,底部气流在高炉壁面产生向上的高速气流,使除尘罩对高炉间的气流不具有捕集作用。因屋顶通风量较自然通风少2/3,在仅设屋顶通风除尘时,带走的热量减少,使厂房内温度整体偏高。加设出铁口除尘罩后,厂房整体温度明显降低。出铁口除尘罩对颗粒物的整体捕集率可以达到89.66%,但主沟前方颗粒物大量逃逸,捕集率仅为47.71%,铁水沟后方释放的颗粒物距除尘罩较远,捕集率为86.34%,造成的污染范围较大,是目前出铁场作业环境质量不达标的主要原因。     

LY12超塑性成形有限元分析

基于LY12铝合金超塑性材料属性建立了弹-粘塑性本构模型。利用该本构模型并结合最大等效应变速率控制压力变化算法对LY12铝合金板超塑性圆杯成形进行数值模拟,得到圆杯变形过程中的应力应变分布、板料厚度变化及所需成形时间。根据模拟获得的优化压力时间曲线对圆杯进行超塑性气压胀形加载实验,制件厚度分布与模拟结果非常接近。     

地下水数值模拟的研究与应用进展

地下水数值模拟逐渐成为研究分析地下水各种问题的重要手段。对地下水数值模拟的模型求解方法和软件平台进行简要介绍;分析阐述了地下水数值模拟的应用进展情况,从广泛应用于研究水量评估、水资源管理、地下水动态变化等"水量问题",逐步发展为研究水源地、规划地等水资源评估及加油站渗漏场、石油渗漏场、垃圾填埋场、工业废料填埋场、矿区、核废料处置场等污染场地评估的"水质问题",并愈加广泛,逐渐成熟;最后,提出地下水数值模拟的发展趋势,并进行展望,对地下水数值模拟的应用推广具有一定的借鉴意义。