氧化沟曝气孔布设方式及运行参数优化的数值模拟研究

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随着社会的进步和城市的进一步发展,污水治理日趋紧迫。而氧化沟以其运行稳定可靠,净化效果好等诸多优势而被广泛应用。氧化沟中污水处理效果受沟道内部流速分布、流场结构以及气-液两相分布的影响较为明显,本文对底部曝气的氧化沟进行气-液两相流数值模拟,采用VOF方法进行多相流运动的计算,选用RNG k-ε方法对湍流运动进行计算模拟,在不同类型氧化沟内分析了曝气孔布设方式改变以及运行参数改变对沟道内部水力特性的影响。主要结论如下:(1)模型验证中,模拟计算的测线数据与实测值相应测线位置的数据吻合良好,两者的整体误差非常小,同时模拟计算的断面流场流态、速度场以及气相分布等也与试验现象相符合,可以证明所选数学模型的可靠性与准确性。(2)卡鲁塞尔氧化沟中底部曝气孔的疏密布设对气相分布的影响较大,在曝气孔间距较大即间距为3×3m的设置方案时,各平面的平均气体体积分数均为最大值,各平面上的平均流速也是各方案中的最大值,流线也较为平顺,回流区域少,能够明显改善氧化沟的运行效率。(3)卡鲁塞尔氧化沟中推流器压差较低时,氧化沟内部流线紊乱、速度较低,当推流器压差达到400pa时,氧化沟运行满足要求,并且随着压差的增大,内部流线愈发平顺,水流速度也逐渐提升,气液混合的效果更好,但压差越大同时也意味着更高的能耗与投资成本,在实际工程建设中,可以按需进行压差选择。(4)奥贝尔氧化沟在进气总量相同的情况下,设置单侧21个曝气进口和双侧共42个曝气进口两种工况并改变相应的曝气孔进气速度,发现两种工况的流场结构、气相分布以及平面流速等都相当接近,单侧布设工况时流场结构和速度场略好,沟道内混合搅拌作用强,气液混合充分,且沟道内气体体积分数较大,生化反应更为充分,运行效率得到提升,同时施工工程量大幅减小,投资也相应减小。
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