曝气条件对浸没式膜生物反应器内流场的影响

为深入研究流场动力学特性对浸没式膜生物反应器系统内膜面污染的控制,应用fluent软件对浸没式膜生物反应器内气液两相流动进行了三维数值模拟研究。采用标准k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,考察了改变曝气条件对膜面气液速度场及气含率分布的影响。模拟结果表明,在相同曝气强度下,1 mm曝气孔径下膜面气液两相的速度增加较孔径2 mm、3 mm的快;曝气孔径为1 mm时,膜面的液相速度随着曝气强度的增加逐渐增大;曝气孔径为1 mm时,曝气量为5.5 m3/h所形成的漩涡区较大,膜面气含率值较高且分布较均匀,气液两相接触面积较大,膜面冲刷效果较好;模拟观察到反应器底部靠近壁面局部气含率较低,不利于活性污泥中微生物的生长,需要进一步优化曝气和反应器结构。     

非饱和土壤渗透系数空间不确定性对溶质运移的影响

包气带渗透系数的不确定性是影响非饱和带溶质运移的主要因素。应用贝叶斯方法对非饱和土壤渗透系数进行前处理,使用Monte-Carlo方法模拟其空间不确定性,并通过HYDRUS-1D模型对溶质运移进行数值模拟,研究包气带渗透系数的空间不确定性对溶质运移的影响。结果表明,由于包气带渗透性的不确定性使得溶质浓度分布呈现明显的不确定性,包气带内不同点的浓度值相差很大。与忽略包气带土性参数空间不确定性的模拟结果相对比,考虑包气带渗透系数不确定性的模拟结果与实际情况更加接近,更具合理性和科学性。同时,根据模拟结果,对实际工作中进行地下水数值模拟时溶质初始浓度输入值的确定提出相应建议。     

同步进出水SBR设备最佳进水方式流态模拟

借助流体计算软件Fluent对某同步进出水SBR设备4种不同进水位置以及3种进水孔排布分别进行流态模拟,根据模拟结果得到最佳的进水方式;同时在该进水方式下对进水流量为0.5、0.7、1.0、1.3和1.5 m3/h时反应器内的流态分布情况进行了数值模拟,最后通过示踪剂实验与模拟结果对比验证。对于实验用SBR(长×宽×高为2 m×2 m×1.2 m),进水流量1.0 m3/h是最佳进水流量,此时反应器内流态稳定,进水区域主要分布于反应器中下部以及远离堰口的池壁附近,死水区面积较小,冲击负荷适中,进水对出水水质影响较小;当进水流量小于1.0 m3/h时,进水主要分布于反应器池底,对角线方向以及远离进水端池壁附近3个区域且彼此相对独立,池内死水区面积较大;当进水流量大于1.0 m3/h时,进水冲击负荷过大,迅速形成短流,影响出水水质。     

变权组合模型在景观水体水质模拟中的应用

针对景观水体的水质模拟与预测问题,在BP神经网络和支持向量机模型的基础上,建立了权重随输入量变化的变权组合模型。该模型既能充分利用各个单一模型的优点,又能避免固定权重分配的弊端。经实例验证,与单一的BP神经网络和支持向量机模型相比,变权组合模型拟合精度更高,预测结果更为准确。     

露天堆场防风抑尘网遮蔽效果的数值模拟

应用Fluent6.3标准k-ε方程对露天堆场周围空气流场进行数值模拟;计算来流风速6 m/s工况下,孔隙率为0、0.2、0.3、0.4、0.6、1时,抑尘网及料堆前后不同断面处风速的垂直分布及不同高度空气压力系数分布。结果表明,抑尘网网前1倍网高范围内,风速廓线受抑尘网影响显著,风速较无网工况最大降幅62.9%,且风速降幅随孔隙率增大而减小;抑尘网和料堆间区域,风速沿垂直高度非单调一致变化,30 m以下风速较无网工况小,30 m以上较无网工况大;堆后2倍堆高范围内,12 m高度以下处于回流区,风速较无网工况时大,12 m以上处于主流区,风速较无网工况时小;堆后3倍堆高距离外,各孔隙率风速廓线与无网工况一致。压力系数分布显示:网前3倍网高 (66 m)至堆后3倍堆高 (51 m)间压力系数变化显著,尤其在抑尘网处压力系数梯度大;孔隙率小于0.3时,迎风面负压最大,孔隙率大于0.4时,冠顶负压最大,至孔隙率为0.6时,料堆高度压力系数分布与无网工况一致。综合风速衰减和压力系数分布,孔隙率为0.2~0.4时,抑尘网遮蔽效果最佳。     

气固两相流在穿越液池过程中气固分离特性数值分析

利用在欧拉-拉格朗日框架下建立的气液固三相流动数学模型,实现气固两相流穿越液池过程中气液固三相流动的数值模拟。模拟结果直观地揭示出了三相流动形态以及颗粒的运动、分离行为过程。通过对颗粒数的统计计算,获得了分级效率曲线及其变化规律。数值模拟结果发现,气固两相流穿越液池过程中的气固分离主要经历了3个分离作用阶段;细小颗粒的分离效率明显低于大粒径颗粒的分离效率,10 μm和1 000 μm粒径颗粒分离效率分别为88.2%和99.8%;随着下降管出口气速和下降管出口静态淹没深度的增加,颗粒分离效率提高,其中小粒径颗粒的分离效率提高明显,而随后受其影响的程度减弱。     

废旧印刷电路板差速破碎分析

为了解决废旧印刷电路板资源化过程中的粗碎问题,提出差速破碎方法;根据差速机理分析,利用自主研制双齿辊粗碎机对废旧印刷电路板基板进行差速破碎实验;最后利用Ansys APDL模块对粗碎机辊齿进行校核模拟。实验结果证明,利用差速破碎可以充分利用材料的抗拉、抗剪强度小于抗压强度的特性,能够取得良好的破碎效果,差速破碎结果呈拱形分布形式;模拟结果证明,在差速破碎过程中设备能够保持良好工作状态,可以交换2个齿辊的运转速度减小疲劳破坏。差速破碎为废旧印刷电路板资源化过程中的破碎理论提供支持,并且为废旧印刷电路板粗碎的设备选择提供参考。     

车载加油油气回收系统中气液两相流动特性的实验和数值模拟

合理分析车载加油油气回收系统(ORVR)内气液两相的流动特性对油气排放控制技术的实施具有重要意义。以ORVR加油系统为对象,采用高速摄像、粒子动态分析仪(PDA)实验测量和CFD数值模拟相结合的方法,对ORVR车辆加油过程中的气液两相流动特性进行了系统研究,讨论了加油量对加油管内流场和压力场的影响。结果表明,随着加油速度的增大,加油管口的射流卷吸增强,气液两相流动过程中的湍流程度加剧,液流冲击与破碎严重,涡旋现象明显;随着加油速度的增大,气液掺混严重,液体自由表面边界逐渐模糊;加油过程中加油管和燃油箱内气相压力的变化分为2个阶段:开始加油时气相压力迅速增大,在5~8 s内达到峰值;然后气相压力逐渐减小,最终趋于稳定。     

道路路障对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用数值模拟,研究不同风向角α (α=0°、45°、90°)及道路屏障位置(中间单路障和两侧双路障)对街道峡谷内机动车尾气污染物扩散的影响。数值模拟采用标准 k-ε 湍流模型且Sct选择0.3时,计算结果与风洞实验结果较好吻合。结果表明,2种路障布置方式可有效降低人行道内污染物浓度,特别是,当α=45°时,污染物浓度最多可降低46.23%。同时,风向角α对街道峡谷内污染物扩散影响较大。当 α=90°时,空气流通不良使得污染程度最为严重,且污染集中在背风侧近地面。单路障比双路障布置对污染物扩散影响更大,前者使污染物主要集中在街道中心背风侧,其他位置浓度明显降低;双路障时仅在一定范围内改善人行道内空气品质,但对街道整体污染物分布影响不大。     

污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟研究进展

污泥作为典型的不透明非牛顿流体,在厌氧消化反应器内的流场具有复杂性,难以直接进行流场测试分析。结合计算流体力学（CFD）技术,分析污泥厌氧消化反应器内的流场分布情况,探讨污泥在反应器内混合效果和对消化过程的影响,以验证校核反应器优化设计和运行,改善污泥在消化反应器内的流动和混合性能并最终提高反应器性能。在综合文献及前期研究工作的基础上,系统分析并重点关注了CFD数值模拟过程当中多相流模型和湍流模型的选取、污泥流变特性应用、反应器流场评估优化及耦合生化模型等的研究现状及进展,最后总结了目前污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟过程存在的问题。并指出在考量污泥流变学特性的基础上,利用传质模型将反应器流场和生化过程相耦合,构建流场-生化耦合模型,获取基质转化规律,为优化污泥厌氧消化反应器设计运行提供理论依据,是CFD应用于厌氧消化反应器数值模拟的发展方向。