平流沉淀池紊流流场的数值模拟

对平流沉淀池的紊流流场在不同边界条件下进行模拟计算,分析比较边界条件的简化程度对平流沉淀池模拟计算的影响。结果表明,平流沉淀池入口处进流条件的简化和污泥斗的忽略与否对平流沉淀池流态的计算结果影响较大,在实际计算中应尽量采用真实的边界条件进行计算。以真实边界条件计算,分析表明,紊流场模拟的流态比层流场模拟更符合实际平流沉淀池的流场情况。     

微囊藻属一日内垂向分布的数值模拟

将水质模型与微囊藻属浮力调节模型相结合,建立微囊藻属垂向浓度分布模型,该模型不仅保留了以往模型的优点且改进了以往模型的不足,如考虑了微囊藻群体的直径大小及微囊藻属的浮力调节能力.模型结果与荷兰的Vinkeveen湖的实际测量数据吻合良好.此外,模拟结果也表明:微囊藻属在垂向的分布受水体紊动程度影响显著.微囊藻群体的最大浓度并不在水体表面,而是在水下一定深度处.小尺寸群体微囊藻群体(20~50μm)在水深方向的分布比大尺寸群体(100~200μm)更加均匀.日落后,微囊藻属会因为密度减小上浮至水面,反之,白日里,微囊藻属密度增加向水底方向下沉,因此日出前水面的微囊藻属浓度高于日落前的水面浓度.     

基于数值模拟的SCR脱硝反应器流场优化

为优化选择性催化还原(SCR)脱硝反应器的流场,采用了组合优化方案;在反应器入口处设置多孔板,在反应器内部设置渐扩口式、格栅式、弧板式共三种导流板;采用计算流体力学(CFD)进行数值模拟获得反应器内部流场,进行对比研究。研究发现：多孔板孔距与孔径比为1.2时,压降较小且能获得较好的流场均布性能;基于反应器结构特点设计的导流板能获得较好的优化效果;催化剂具有流场均布能力,催化剂多层布置可有效改善第一层之后的床层流场,但同时会增大压降;通过组合导流方案,第一层催化剂床层的流速相对标准偏差(RSD)从7.16%降为2.51%,并改善了湍动能的耗散。研究结果对SCR反应器的导流件设计具有一定指导意义。     

高含盐污水雾化蒸发塔的设计及流场数值模拟

针对含盐量为7×104mg/L的油田高含盐污水,设计1套处理量为28.8 kg/h的雾化蒸发塔,估算出塔体高度及直径,从而得出适宜的进口空气流速。基于标准k-ε双方程模型和DPM模型,对所设计的雾化蒸发塔内液滴蒸发过程进行数值模拟,得到塔内流场分布特性及蒸发特性,通过随机轨道模型追踪了液滴颗粒运动轨迹及液滴Na Cl浓度变化。在算例工况下,塔内蒸发效率可达58.9%。     

明渠中有机质微粒沉降过程的随机游走模拟

基于明渠流动的主要特点,考虑紊动强度的垂向非均匀性,及颗粒运动的游荡效应(loitering effect)影响,对微粒运动基本方程进行改进,建立了明渠非均匀紊流中考虑游荡效应的随机游走模型,对明渠中微粒的沉降损失进行了模拟分析.模拟结果显示,不考虑游荡效应影响时,明渠中微粒的沉降损失率可用微粒沉速与水深之比计算;而在游荡效应影响下,微粒沉降损失率会发生约18%～27%的下降,下降百分比与均匀紊流中微粒沉速在游荡效应影响下的折减百分比渐近值(19～25%)基本一致.本文结论基于不考虑微粒重悬浮、游荡效应为紊流对微粒沉降的主导影响机理等前提,主要适用于对明渠中细小有机质微粒沉降至床底过程更准确的计算分析.     

明渠中有机质微粒沉降过程的随机游走模拟

基于明渠流动的主要特点,考虑紊动强度的垂向非均匀性,及颗粒运动的游荡效应（loitering effect）影响,对微粒运动基本方程进行改进,建立了明渠非均匀紊流中考虑游荡效应的随机游走模型,对明渠中微粒的沉降损失进行了模拟分析.模拟结果显示,不考虑游荡效应影响时,明渠中微粒的沉降损失率可用微粒沉速与水深之比计算;而在游荡效应影响下,微粒沉降损失率会发生约18%~27%的下降,下降百分比与均匀紊流中微粒沉速在游荡效应影响下的折减百分比渐近值（19~25%）基本一致.本文结论基于不考虑微粒重悬浮、游荡效应为紊流对微粒沉降的主导影响机理等前提,主要适用于对明渠中细小有机质微粒沉降至床底过程更准确的计算分析.     

无机陶瓷膜除尘器内部流场的数值模拟

无机陶瓷膜因其耐高温、耐腐蚀等特点在高温气固分离方面具有广阔的应用前景。不同结构特点和不同工艺参数下的无机陶瓷膜分离装置具有不同的内部流场分布,从而具有不同的分离行为和分离性能。采用基于流体动力学的数值模拟方法对内部速度场、烟气轨迹等进行模拟对于补充实验的不足以及指导结构和工艺参数的优化具有重要意义。通过Fluent软件对课题组研发搭建的无机陶瓷膜除尘设备模拟研究,并且考察添加导流板、气流均布板后的设备内部流场特性,结果表明:原除尘器膜组气流分配系数波动较大,速度场分布不均匀,烟气主要集中在左侧膜组,改进后的设备速度场和烟气分布相对均匀,气流分配系数在1处附近波动,气流分布比原型更均匀。     

横向极板电除尘器二维流场的数值模拟

对横向极板电除尘器内二维流场进行了数值模拟,流场模拟采用k-ε双方程模型,计算采用SIMPLE算法。利用有限体积法对计算区域进行离散,用前处理软件GAMBIT对几何模型进行网格划分,FLUENT流体计算软件对内部流场进行数值模拟,得出了内部流场随入口流速的增加,湍动性增加,阻力损失也会增大。     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

旋风-喷射鼓泡塔的结构特征与性能分析

针对传统鼓泡塔不能处理含尘量大烟气的缺陷,运用喷射鼓泡工艺与旋风除尘器的原理与优势设计了新型鼓泡塔——旋风-喷射鼓泡塔,利用CFD(computational fluid dynamics)技术对其气相分布特性、气固分离性能、除雾器效率进行了分析,并依据受力平衡得出除雾环设计的积分方程。结果表明:蜗壳切入式入口使入口舱区域烟气实现均匀性分布,气固两相在外筒中实现分离,对5~100 μm与1~10 μm粒径粉尘的去除率分别为99.43%和53.70%;加环旋流板除雾器使雾滴去除率从98.39%提升至99.08%,雾滴分离的临界粒径从0.047 mm降至0.021 mm,雾滴临界粒径范围内,加环旋流板除雾器的雾滴去除率为96.20%。     

锯齿形翅片对喷管流动及噪声特性的影响分析

喷注噪声理论表明,改变喷口形状会使喷注噪声发生改变.针对发动机排气系统,设计了锥型啧管及锯齿形出口的锥形喷管,建立相应的喷注射流模型,利用数值手段对2种喷管进行啧注流场分析和噪声预测,研究锯齿形翅片对流动和噪声特性带来的影响.     

远程数值模拟技术在赤潮应急监测中的应用研究

根据赤潮灾害应急监测的需要,以应急监测实施为出发点,基于水动力数值模拟技术和赤潮藻种扩散模拟技术,建立可业务化应用的赤潮应急监测远程数值模拟平台。平台可成为多部门应对赤潮灾害的协同工作平台,为管理部门提供赤潮发生后藻种的漂移方向、扩散范围等信息,并为监测队伍提供监测范围指引。平台的构建实现了对突发性赤潮灾害的远程智能分析和决策支持,提高了赤潮应急监测方案的合理性和监测实施的有效性。     

Numerical simulation of a combined oxidation ditch flow using 3D k-εturbulence model

The standard three dimensional（3D） k-ε turbulence model was applied to simulate the flow field of a small scale combined oxidation ditch. The moving mesh approach was used to model the rotor of the ditch. Comparison of the computed and the measured data is acceptable. A vertical reverse flow zone in the ditch was found, and it played a very important role in the ditch flow behavior. The flow pattern in the ditch is discussed in detail, and approaches are suggested to improve the hydrodynamic performance in the ditch.     

Numerical simulation of a combined oxidation ditch flow using 3D k-ε turbulence model

The standard three dimensional(3D) k-ε turbulence model was applied to simulate the flow field of a small scale combined oxidation ditch. The moving mesh approach was used to model the rotor of the ditch. Comparison of the computed and the measured data is acceptable. A vertical reverse flow zone in the ditch was found, and it played a very important role in the ditch flow behavior. The flow pattern in the ditch is discussed in detail, and approaches are suggested to improve the hydrodynamic performance in the ditch.     

考虑雾的微物理特征条件下的水雾扩散数值模拟研究

由于雾滴谱的不易获得,传统的水雾扩散研究一般不考虑其滴谱特征,而将其雾滴粒径作为常数处理.为此,引入实测的雾滴谱资料,考虑水雾在流场中的扩散、蒸发及相变潜热对流场的反馈机制,利用三维非线性PBL方程组,采用工程上实用的湍流[Eε]闭合方案,建立了一个高分辨率的PBL模式来模拟不同层结下,水电站泄洪产生的水雾的扩散及其对环境湿度的影响.模拟结果表明,引入雾滴谱后的水雾扩散范围和相对湿度改变范围与不考虑雾滴谱条件下的相比,更接近实测,符合甚好.     

同流环境多圆孔热废水排放数值模拟

各种热电、核电厂排出的热污(废)水在直接进入环境流体之前,以多孔口浮射流的形式释放污水并确保污水在排污口快速混合非常重要。精确的了解和预测多孔浮射流的特性与混合状况有很重要的意义。针对同向流动环境中多圆形孔口热水排放的情况,采用雷诺应力模型进行数值模拟,得到了不同流速比和不同射流温度下的流场和温度场、浮射流的轨迹线、轴线上温度和速度的衰减规律,并且分析了不同孔间距、流速比和射流温度对流场中流速和温度的影响。     

湖泊水质富营养化评价的模糊决策方法

针对湖泊水质富营养化评价中各等级之间的模糊性,在充分考虑水质各污染因素权重大小的基础上,运用模糊综合评判方法建立了湖泊水质富营养化评价模型.并研究了我国5个主要湖泊的富营养化状况,和其它方法比较,取得了满意的结果.为湖泊水质富营养化评价提供了一种准确的、有效的决策方法.     

露天堆场防风抑尘网后湍流结构及抑尘效率的数值模拟

建立了开放性露天堆场周围空气流动的三维数学物理模型,选择应用标准k-ε紊流模型进行了静态流场的数值模拟;分析了典型棱形堆迎风面、平顶面和背风面周围空气的湍流结构和表面受力特性;基于流场数据揭示了防风抑尘网不同孔隙率下空气动力学结构的分布规律.结果显示:物料堆平顶面剪切力随孔隙率增大而增大;料堆迎风面在孔隙率较小时出现局部涡流,表面剪切力方向向下,孔隙率较大时,网后空气垂直方向压差作用显著,表面剪切力方向向上;背风面始终处于回流区,表面剪切力和回流点数随孔隙率大小变化不显著.综合流场结构和受力分布可得最佳孔隙率为0.2~0.4.该研究中对物料堆逐个表面进行空气动力学模拟可以避免由于剪切力方向不同产生矢量抵消而带来的计算失真.     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.