[资料]二沉池雷诺系数

[资料]二沉池雷诺系数 二沉池雷诺系数 屈强 马鲁铭 王红武 (同济大学 环境科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院，上海 200092) 摘要:运用计算流体力学手段，对平流式沉淀池内水流运动特征 进行了数值模拟，结果表明:池内存在着两个回流区，分别位于进水 区底部和入流挡板后的沉淀区，后一个回流区约占整个沉淀池容积的 40%，形成了大死区，是沉淀池性能下降的重要原因。 关键词:沉淀池;流态;计算机模拟 Numerical simulation of wastewater velocity distribution in a rectangular secondary clarifier QU Qiang MA Luming WANG Hongwu (College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092) Abstract:Computational fluid dynamics method was used to simulate the wastewater velocity distribution in a secondary clarifier. Results indicate that there are two backflow zones in the clarifier and the bigger one is located in the settling zone behind the inlet baffle, where a big dead zone is formed, which may be the important reason of a clarifier’s low performance. Key words:clarifier, velocity distribution, numerical simulation 二沉池是整个活性污泥法系统中的重要组成部分，目的在于利用 重力沉降作用去除系统中产生的活性污泥颗粒，整个系统的处理效果 与二沉池的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与运行是否良好密切相关[1]。 平流式是一种常见的二沉池形式，该池呈长方形，来自活性污泥系统的水流从池子的一端进入，水平流过沉淀池，从池的另一端流出，进口附近有泥斗，其它部分池底倾向泥斗。平流式二沉池的设计基于理想流动假设，即沉淀池内水平方向速度均匀相等，重力方向速度为0，整个流体以完全平推流的方式流过沉淀池，流动处于层流状态，不存在漩涡，没有短流和死区，理想沉淀池如图1所示。 图1 理想平流式沉淀池流态 近年来，人们意识到了这种理想假设可能存在不足。Adams[2],Iman[3],Schamber[4]，Zhou[5]等利用不同方法模拟了沉淀池水流特征;曾光明等[6] ,[7]利用涡量法对二沉池进行了数值模拟，蔡金榜等[8]建立了基于剖开算子法的沉淀池数学模型，郭生昌等[9]把沉淀池水流近似为层流，进行了模拟，詹咏等[10]建立了小型试验装置，观察了水流运动特征。但由于存在计算量大的困难，以上作者均对模型进行了较多简化，试验和模拟规模也限于小型。 近几年来，计算流体力学得到了快速发展，k-ε两方程模型经过了大量验证并得到了广泛应用，本文利用该模型和SIMPLEC算法对某实际规模二沉池内水流情况进行了数值模拟，为进一步优化二沉池内流态、提高沉淀效率奠定基础。 1 沉淀池物理模型 某二沉池最大设计流量0.05m3/s，沉淀时间1.5小时，水力表面负荷2m3/(m2?h)，有效水深3.0m，设计水平流速3.7mm/s,有效池长20m，池宽4.5m，池底纵坡0.01，具体几何尺寸如图2所示。 图2 沉淀池具体几何尺寸 2 数学模型与边界条件 沉淀池内设计水平流速很低，仅有3.7mm/s，容易被认为是理想层流。实际上，层流和湍流的判断依据应为公式1所确定的雷诺数Re。 Re=4×vR/μ (1) 式中，v为液体运动速度,m/s;μ为液体运动粘度，m2/s;R 为水力学半径，由公式2确定。 R=A/X (2) 式中，A为过流面积,m2;X为润湿周边,m。 对于非圆形断面流道的具有自由界面的流动，Re>2000即可认定为湍流，此平流式沉淀池中Re=19030>>2000 ，属于湍流。 湍流模型有多种，k-ε两方程模型自提出以来的近30年中经过了大量检验，被认为求解简单，结果准确，因而得到了大量的应用，本文采用标准 k-ε两方程模型求解沉淀池内流场结构。湍流动能k 和湍流动能耗散率ε的运输方程分别为: (3) (4) 式中: ，标准k-ε 模型中的有关系数如下:C1ε=1.44 ，C2ε=1.92 ，Cμ=1.44 ，σk=1.0，σε=1.0 。 边界条件为:入口水流速度为2.2cm/s，出口压力为大气压，水面为自由界面，没有剪切和滑移速度，池底和边壁为固体壁面，壁面上速度为0，使用标准壁面函数 [11]，采用SIMPLEC方法进行求解。 3 模拟结果与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 图3 二沉池内流线图 图4 二沉池内水平方向速度分布图 图3是沉淀池内流线图，流线是在流场中表示在同一时刻各个空间点上流体质点运动方向的曲线，线上任何一点的切线方向与流体在该点上的速度方向相等，稳定流动中，流线和迹线重合，流线的疏密反映了速度的大小，它可以清晰地表示出流动的状态。从图中可以看出，在入池水流的重力作用下，加上入流挡板的导引，水流向下潜入底部，沿着池底向前流动，大约在12m处，水流开始向上运动，逐渐到达水池上部，向前流动一段以后从出水口处流出。池内存在两个回流区，一个位于沉淀池入流挡板下部，该回流区较小;另一个位于沉淀池表面，入流挡板后部，该回流区相当大，长度约占整个沉淀池的 60%，体积约占整个池子的40%，水流一直在此回流区内回荡，始终占据一定的体积，形成死区，造成沉淀池效率下降。 图4是沉淀池内速度分布图，从图中可以看出，平流式沉淀池内水流方向速度同理想沉淀池相比很不一致，理想沉淀池认为整个水流方向上速度完全相等，而计算结果表明，进水区底部速度最高，随着水流的前进底部速度逐渐降低，趋于均匀，在接近出水区的部位，水流速度比较均匀。在进水区的池面有很高的回流速度，随着同进水口距离的增加回流速度逐渐降低，在出水区部分没有回流，整个沉淀池内水流方向上速度是很不均匀的。 图5 高度1m处重力方向速度分布 图6 高度2m处重力方向速度分布 按照理想沉淀池理论，在重力方向上水流速度为0，图5表明了在高度1m处重力方向速度分布情况，从图中可以看出:在进水区，速度有一个先下降后上升的过程，且多为负值，最大值为-2.2cm/s，说明速度方向是朝着池底的，这是因为进水在重力的作用下加上入流挡板的引导，首先冲击到沉淀池池底，然后速度方向发生改变，在沉淀区，重力方向水流速度基本为0。图6表明了在高度2m处重力方向速度分布情况，和图5情况相类似，在入流区，速度先下降后上升，最大值为-3.6cm/s，沉淀区速度基本为0。 4 结论 本文利用通用k-ε 两方程湍流模型，SIMPLEC求解方法，对平 流式二沉池内速度场进行了数值模拟。研究结果表明:沉淀池内水流 运动特征并不符合理想沉淀池假设，池内存在着两个回流区，一个位 于入流区池底，另一个位于入流挡板后的沉淀区，该回流区约占整个 沉淀池容积的40%，致使大量水流在此回荡，无法排出而形成死区， 是沉淀池效率下降的一个重要原因。 参考文献: [1] 高廷耀, 顾国维. 水污染控制工程. 北京:高等教育出版社, 1999年2月. [2] Adam E.W, Rodi W. Modeling flow and mixing in sedimentation tanks. Journal of Hydraulic Engineering. 1990, 116(7):895-913 [3] Iman.E.McCorquodale. Numerical modeling of sedimentation tanks. Journal of Hydraulic Engineering. 1983, 109(3):713-730 [4] Schamber D.R.Larock B.E. Numerical analysis of flow in sedimentation basins. Journal of Hydraulic division, ASCE 1981, 107(5):575-591 [5] Zhou S.McCorquodale. Modeling of rectangular settling tanks. Journal of Hydraulic Engineering. 1992, 118(10):1391-1400 [6] 曾光明, 葛卫华, 秦肖生等. 污水厂二维沉淀池水流和悬浮物 运动数值模拟. 中国环境科学, 2002,22(4):338-341 [7] 曾光明, 葛卫华, 秦肖生等. 数值模拟方法在二维沉淀池优化 设计中的应用. 环境工程, 2002,20(4):10-12 [8] 蔡金榜, 段祥宝, 朱亮. 沉淀池水流数值模拟. 重庆建筑大学 学报, 2003,25(4):64-69 [9] 郭生昌, 陈亮, 胡晋明. 平流式沉淀池流场的计算与探讨. 江 苏环境科技. 2003, 16(4):10-12 [10] 詹咏, 吴文泉, 王惠民. 沉淀池中的异重流运动特征. 中国给 水排水, 2003, 19(1):43-45 [11] Launder B E,Spalding D B. The numerical computation of turbulent flows. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1974, (3):269-289