基于CFD的网格絮凝池中过栅紊流特性数值模拟研究

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2006年卫生部和国家标准化管理委员会发布新的《生活饮用水卫生标准》,原有给水厂不能实现新标准出水浊度1NTU要求,因此须对给水厂实施改造升级。强化絮凝方法是一条有效改善出水水质的途径。通过对混凝动力学机理的分析及水流流态的研究,可以得出网格絮凝池的流态对絮凝效果的影响。本文研究的主要内容为:1、借助CFD软件对网格絮凝池单个竖井内湍流场进行数值模拟,优化网格絮凝池设计。2、从混凝动力学角度分析网格絮凝池中过栅紊流特性,确定单层栅条板最佳间距及双层栅条板栅板间距。本文以某实际工程单体竖井建立完善的分析模型,采用Realizable k-ε模型,局部紊动性强区域采用加密网格方式保证模拟的精准度。通过对单层及双层栅条板数值模拟结果展示的图形曲线,借助模拟模拟变量——湍动能k、湍动能耗散率ε和涡旋速度梯度G及“絮凝有效体”分析探讨。研究得出:1、在竖井内,加入栅条方法能够改变整个流场流态;改变栅条密度,增加栅条个数能够增大湍动能,控制水中涡旋的大小和强度,保证网格絮凝池中形成密实的絮体。采用速度进口流速为0.13m/s,栅间距D=4cm或5cm的栅条布置方式,其具备较高湍动能级、较强速度差异。双层栅板使得紊流流场及絮体浓度沿水流断面的均化,使整个过水断面上都有足够的絮体浓度,增大了混凝池的“絮凝有效体”;2、分析得出,双层栅条板布置中,湍动动能使得絮体合理性碰撞及成长的栅条板间距的合理范围为500~700mm,本文研究的双层栅板的合理板间距为500mm。本文通过流态分布规律和流场特性进行了有限的研究,对模拟结果的分析来指导设计研究工作,为设计研究工作提供新方法。
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