随着人民生活水平的日渐提高和垃圾收集制度的不断完善,我国固体废物的产量呈不断增加趋势。2014年我国城市生活垃圾总量达到了2.2亿吨,城市生活垃圾清运量为1.9亿吨,预计到2020年城市垃圾产量将达到3.24亿吨,六年间平均增长率达6.7%。目前国内有机固废处理方法多种多样,固态厌氧发酵因其不需要曝气,占地面积小等优点成为城市有机固废处理的新方式。本论文以实现高含固有机固废的无害化处置及资源/能源的综合回收为出发点,以高含固有机固废水平流厌氧发酵反应器为研究对象,以提升非均相有机固废的传质/传热为目标,实验从模拟高含固有机固废在水平流厌氧反应器中的流变特征出发,通过CFD模拟对比反应器的桨型、桨径、螺距直径比、搅拌速度以及轴偏心设置对发酵效能的影响,进行反应器的优化设计;在此基础上,提出对其内部温度场模拟的方法探究,并对反应器内传质机理进行分析。通过不同温度、不同剪切速率条件下水平流反应器中不同含固率高含固有机固废的粘度和剪切应力变化的测量,发现幂律方程对物料的剪切应力和剪切速率拟合效果最好。含固率对物料的流变特征影响巨大,随着含固率的上升(5%～30%),流体的稠度系数增大显著(0.134～117.440),流变指数降低(0.532～0.224),流动性在降低,非牛顿流体特性愈加明显;相比之下,温度(29℃～45℃)对物料的流变特性影响较小,相比含固率可以忽略不计。通过CFD建模模拟,通过搅拌效能、低速区面积占比、扭矩、功率等研究指标对反应器不同设计进行模拟和比选,最终确定水平流厌氧发酵反应器(圆柱状,直径为D)的最佳设计参数,选用螺杆式搅拌桨,桨径为0.6 D;螺距为0.75 D,设置搅拌轴竖直向下偏心0.15 D,建议反应器运行采用低搅拌转速,不超过10 rpm为宜,以达到节省能耗的目的,如在10 rpm的转速下运行,达到反应器均化的单位体积能耗为48.20 k J/m3。物料流变特性对混合时间的影响较小,在10 rpm以上混合时间基本稳定在550 s,而对搅拌轴扭矩影响巨大,因此导致高含固物料的均化需要更多的能量。反应器温度场的模拟用欧拉双向流双精度方法模拟更优,由于反应器两端无保温措施,存在与环境的温度梯度,螺杆反应器的搅拌可以明显的均化温度场,防止反应器局部温度过高;不同流变特性物料对反应器达到稳态时的流态影响不大,最终形成的流场近似,但对于扭矩功耗的影响巨大,稠度系数越高,流变指数越低,所需功耗越大。通过上述研究,可更加清晰地认识到高含固有机固废厌氧发酵中的物料传质情况,尽可能地在保证效果的前提下降低反应器体系能耗,所建立的方法和得出的结论对厌氧反应工程化提供一定的参考和借鉴。