随着中国经济高速增长以及人民生活水平不断提高,每年的全国污水排放总量巨大。污水处理厂在处理污水的过程中会产生大量的污泥,污泥处理产生的费用是污水处理厂日常运行费用的一项重要支出。本文以A~2/O工艺在处理城镇生活污水由于碳源不足造成脱氮除磷效果不佳的问题为例,提出通过拉瓦尔喷管对回流污泥产生空化效应形成强剪切力,促进污泥结构破坏而释放含碳有机物,提高水体含碳量,实现碳源补充与污泥减量。本文通过对拉瓦尔喷射理论和空化理论等相关理论的分析,得出了污泥颗粒在拉瓦尔喷管内的受力特征。当污泥颗粒进入拉瓦尔喷管扩张段时,受到空化效应产生的剪切力持续冲击而解体,释放污泥颗粒中的含碳有机物。论文对污泥颗粒在拉瓦尔喷管各段流动特征进行分析,以拉瓦尔喷管扩张段汽含率与空化区域面积作为污泥破解效果的评价指标,确定出破解最佳结构参数。论文基于理论分析建立了拉瓦尔喷射流模型,利用Fluent对拉瓦尔喷管流场进行了数值模拟,研究了拉瓦尔喷管入口压力、收缩角、喉部直径作为变量时内部速度流场、汽含率和空化区域面积变化规律。结果表明:拉瓦尔喷管扩张段空化数满足空化发生的条件;入口压力升高不仅可以提高拉瓦尔喷管扩张段的汽含率,还可以增加扩张段的空化区域面积;喉部直径增大会降低拉瓦尔喷管扩张段的汽含率;收缩角增大会增大拉瓦尔喷管扩张段的汽含率。最终得出收缩角为60°、喉部直径为5mm时拉瓦尔喷管结构参数为最优。