沉淀池的数值模拟

运用计算流体力学软件FLUENT模拟了平流式沉淀池在不同进水口高度,进水挡板位置,颗粒密度和圆弧形扰流板位置下的流场、悬浮物的浓度场。从模拟结果的分析比较可以看出,在一定范围内改变沉淀池的进水口高度,对沉淀池的去除效果没有影响。挡板的淹没深度和颗粒的密度则对悬浮物的去除效率影响较大。挡板的水平位置只在一定范围内变化才能使沉淀池保持较为理想的去除效率。圆弧形扰流板的加设可以改变沉淀池内流态不均的现象,从而提高沉淀池的运行效率。     

正方形沉淀池内部水流运动模拟及设计应用

针对江苏新纪元环保有限公司自主研发的上下全截面正方形沉淀澄清池进行水流运动模拟及分析。正方形沉淀澄清池的水力特性对其沉淀效果有很大影响,在沉淀池水力设计中应通过对池型以及各种几何参数的优化,使其池内回流区范围尽可能减小,并且尽量使池内垂直断面上流速均匀平稳,研究中主要利用模型模拟正方形沉淀澄清池在不同进水流速和不同挡板布置形式下的水流流场,经过分析比较出较为合理的沉淀池运行工况以及较为合适的挡板布置形式,进而提高沉淀池的运行效率。     

辐流式斜管沉淀池处理生活污水的实验研究

斜管沉淀池是指在沉淀区内设有斜管的沉淀池。在平流式或竖流式沉淀池的沉淀区内利用倾斜的平行管或平行管道分割成一系列浅层沉淀层,被处理的和沉降的沉泥在各沉淀浅层中相互运动并分离。根据其相互运动方向分为逆(异)向流、同向流和逆向流三种不同分离方式。每两块平行斜板间相当于一个很浅的沉淀池。辐流式沉淀池半桥式周边传动刮泥活性污泥法处理污水工艺过程中沉淀池的理想配套设备适用于一沉池或二沉池,主要功能是为去除沉淀池中沉淀的污泥以及水面表层的漂浮物。一般适用于大中池径沉淀池。辐流式沉淀池采用机械排泥,运行较好,设备较简单,排泥设备已有定型产品,沉淀性效果好,日处理量大,对水体搅动小,有利于悬浮物的去除。本研究通过掌握斜管沉淀池的构造功能及沉淀原理、通过改变运行因素来验证斜管沉淀池的处理效率。     

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.     

竖流式沉淀池加设斜管改造应用研究

针对竖流式沉淀池设计截流沉速偏大的问题,采用了加设斜管的改造试验。运行结果表明,该工艺处理效果稳定,改造后出水悬浮物浓度为240～310 mg/L,远低于改造前出水的950～1140 mg/L。同时悬浮物平均去除率由改造前的28.72%提升至81.02%,为总排口出水的稳定达标排放提供了保障。     

湖泊流体动力学模型及实验

从二维浅水非恒定流的控制方程出发,建立了一个二维湖泊流体动力学模型.并根据天津于桥水库的实际情况,对该水库引水期和非引水期的湖水流场的不同情况进行了模拟试验.结果表明,在引水期水库的流场达到稳定状态时,水库流场有一个自东向西的水流主要通道.还对水库出口处有初始水体流速的情况进行了模拟.模拟的结果与于桥水库的实际污染物浓度分布基本一致.      

数值模拟方法在二维沉淀池优化设计中的应用

简要介绍了数值方法在沉淀池悬浮物浓度计算中的应用方法 ,并尝试通过数值模拟过程建立起沉淀池沉降效率与几何尺寸间的关系 ,将其作为约束条件之一建立了一个简单的沉淀池优化设计模型。最后通过实例阐明了这种基于数值计算的优化设计模型的可行性和优势     

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。     

平流式二沉池三维数值模拟分析

采用Fluent15.0软件对城市污水处理厂的平流式二沉池进行模拟分析。选取RNG k-ε模型和欧拉双流体模型,利用加拿大温莎大学Imam实验数据验证了该模型的准确性。基于该模型,以出水悬浮物浓度(ESS)和异重流比例为表征指标,对影响二沉池沉淀效率的3个因素——污泥颗粒粒径、表面溢流率和挡板比例进行分析。结果表明:污泥颗粒粒径影响泥水分离的效果,模拟实验得到的最佳颗粒粒径为300μm。表面溢流率对出水悬浮物浓度值影响较大,随表面溢流率增大出水悬浮物浓度值和异重流比例呈非线性急剧增加。同时,二沉池中最佳的挡板比例为60%,此结构不仅有利于能量的耗散和异重流比例的减小,而且能保证较低的出水悬浮物浓度值。     

城市污水处理厂初沉池与二沉池计算机模拟与设计模型研究

本文提出了适用于计算机稳态模拟与辅助设计的初次沉淀池及二次沉淀池悬浮物出水SS、BOD_5、COD去除率的通用数学模型。根据工厂实际运行数据,回归得到了平流式、斜板式初沉池及二沉池模型参数。并应用这些模型对污水厂初沉池及二沉池出水水质进行模拟,结果基本令人满意。为运用"系统方法"研制污水厂全流程计算机模拟与设计软件奠定了基础。     

城市人工湖泊引调水方案优化评估指标体系研究及应用

针对龙湖这一具有复杂边界的城市人工湖泊,建立基于无结构网格的二维水流水质耦合计算模式,并进行守恒性验证。提出适用于湖泊引调水方案优化的评估指标体系,包括反映调水流态的流场评价指标和反映水质改善效果的水体置换评价指标。利用该评估指标体系进行龙湖引调水方案的优化研究,对不同进水口位置、进水口水量分配和水下地形的调水方案评价指标进行了计算分析,得到推荐的优化方案,即：3个进水口分别布置在水湾4,水湾6和水湾10;进水口水量依次为4．5m^3／s,8．5m^3／s和3．5m^3／s;水下地形在满足龙湖湖区区域水体功能的前提下尽量采用平底或缓坡地形。     

长江感潮河段码头油污染事故风险影响预测

建立贴体曲线网格水动力数学模型模拟长江太仓段潮流特性。在此基础上,针对码头油废水排放和成品油泄漏两种典型油污染事故分别采用不同的模式进行模拟预测,成品油泄漏采用费伊扩展模式预测其油膜面积、厚度、飘移距离等特性;含油废水排放采用非稳态二维水质模型预测其浓度分布。预测结果表明,两种模型均与水动力模型耦合,能够较好的模拟涨落潮对码头油污染输运扩散的影响,为码头选址的可行性论证提供初步依据。     

长宽比参数对圆弧角海水养殖池水动力特性影响的数值研究

为提高养殖池在车间建设中的占地比率和获取较好的养殖池流场性能,需要确定适宜的养殖池长宽比参数。本文采用计算流体力学（computational fluid dynamics）技术,对不同L/W（即养殖池长边边长L与宽边边长W比值）的矩形圆弧角养殖池流场性能开展数值模拟,建立对直双管（两个进水管布设于不相邻两个直壁的中间位置）入流的养殖池三维湍流数值计算模型,并将进水管布置在长边和宽边两种工况进行对比,分析两种工况下养殖池的水流速度、阻力系数变化、水体均匀性、涡量等流场评价指标。本研究表明,两种工况随长宽比的改变,流场变化趋势基本一致,L/W为1.0～1.2时养殖池具有良好的流场性能,L/W为1.2～1.6时流场性能急剧下降,L/W为1.6～1.9时流场性能较差,该研究结果可为工厂化循环水养殖池的池型设计和流场性能优化提供依据。     

横门围垦对邻近海域水环境影响的数值模拟

用二维水动力数值模型,模拟了横门围垦工程对邻近海域水环境的影响。计算结果表明,工程后流速的改变幅度在-10.15～ 10.03cm/s之间,平均为-3.39cm/s。水位的改变幅度在-5.24～ 8.85cm之间,平均为-0.16cm,大潮期间落潮最大流速时水位的变化幅度,稍大于涨潮最大流速时的变化幅度。围垦工程完成后,邻近海域浅滩处的流速进一步降低,有利于促进淤积,加快浅滩成围速度,而深槽处的流速则略有提高,对河道泄洪没有太大影响。邻近海区水位低潮时将略有下降,高潮时将略有上升,但变化不大,最大不超过10cm,平均不到1cm。     

闸控河段水质多相转化模型

针对闸控河段水质转化机理复杂的特点,提出在“水体-悬浮物-底泥-生物体”界面内开展水质多相转化研究的总体思路,推导了描述各种相态水质之间传质过程的数学表达式,构建了具有一定物理机制的闸控河段水质多相转化模型.结合槐店闸调度影响实验数据,对水质多相转化模型进行了参数识别和验证,进而模拟了不同相态水质成分的时空变化过程.结果发现:来水流量和闸门调度方式使闸上和闸下断面各相水质浓度发生变化,同时影响到藻类的生长和富集状态;闸门调度会改变闸上、闸下河段的水质主导反应机制;由于闸门调度增加了对水体的扰动,水体与外界的物质交换效果增强;在实验前期蓝藻数量的变化主要受水流的迁移作用影响,在后期闸上断面主要受闸门阻隔的影响,闸下断面主要受流速、流量和营养物质浓度改变等作用综合影响.     

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.     

Study on the wind field and pollutant dispersion in street canyons using a stable numerical method

A stable finite element method for the time dependent Navier-Stokes equations was used for studying the wind flow and pollutant dispersion within street canyons. A three-step fractional method was used to solve the velocity field and the pressure field separately from the governing equations. The Streamline Upwind Petrov-Galerkin(SUPG) method was used to get stable numerical results. Numerical oscillation was minimized and satisfactory results can be obtained for flows at high Reynolds numbers. Simulating the flow over a square cylinder within a wide range of Reynolds numbers validates the wind field model. The Strouhal numbers obtained from the numerical simulation had a good agreement with those obtained from experiment. The wind field model developed in the present study is applied to simulate more complex flow phenomena in street canyons with two different building configurations. The results indicated that the flow at rooftop of buildings might not be assumed parallel to the ground as some numerical modelers did. A counter-clockwise rotating vortex may be found in street canyons with an inflow from the left to right. In addition, increasing building height can increase velocity fluctuations in the street canyon under certain circumstances, which facilitate pollutant dispersion. At high Reynolds numbers, the flow regimes in street canyons do not change with inflow velocity.     

“水蚯蚓-微生物共生系统”细观机理模型(T-FCASM)建立及校验

基于浙江省诸暨市菲达宏宇污水处理厂新型氧化沟工艺的现场长期观察和试验研究,提出“水蚯蚓-微生物共生系统”的新技术原理,获得了“水蚯蚓-微生物共生系统”中污染物输入量与输出量随时间的动态变化规律,并建立了水蚯蚓作用的传递函数,从而实现水蚯蚓在污水处理和污泥降解过程中对污染物去除作用的模拟.以全耦合活性污泥模型（FCASM3）为基础平台,结合水蚯蚓作用的传递函数,最终建立了污水厂“水蚯蚓-微生物共生系统”细观机理模型（T-FCASM）.利用对该污水处理厂常规水质指标测定和进水模型组分分析等试验结果,完成了对“水蚯蚓-微生物共生系统”细观机理模型（T-FCASM）的校验工作.动态模拟结果表明：T-FCASM实现了对回流污泥浓度的准确模拟;同时该模型能够对污水处理厂生物去除有机物及脱氮过程进行较准确的模拟,而对生物除磷过程的模拟,由于该污水处理厂低磷进水的原因,与实测值存在一定的偏差.