生物三相流化床用于有机废水处理的研究已有20多年的历史,广泛应用于印染废水、造纸废水、垃圾渗滤液、焦化废水等工业废水的污染控制。生物流化床的主要特征是优越的流体力学性能,气液固三相的良好传质确保其具有较高的反应效率和抗冲击能力,进而降低了水力停留时间和缩小池体尺寸。然而,流化床等污(废)水处理技术仍存在巨大的节能空间与减少碳排放的需要,受制于反应器结构(含内构件)多样化及操作参数可变的存在,流化床的内部流体结构比较复杂,不同尺度的反应器及其内部不同区域的流态差别很大,工程的设计与放大目前较多地依靠经验参数或有限的实验结果,尚未形成基于数值分析给予结构量化表达的统一的设计理论。因此,本研究希望借助先进的计算流体力学(CFD)为研究手段,利用欧拉-欧拉双流体模型构建了能有效描述流化床内部气液两相复杂流动的CFD数学模型,证实CFD数学模型能有效反映流化床内流体特性的数值化特征,并以其作为内循环流化床流体力学性能的微观认识和工业放大设计的基础工具,节省实验和工程中试的时间和费用。利用构建的CFD模拟方法,分析置入漏斗型导流内构件的内循环流化床流体力学性能,重点研究漏斗型导流内构件的置入及其型式对宏观流场、气含率分布以及液体速度分布的影响。结果表明:漏斗型导流内构件的置入主要起稳定流场和增加气泡的停留时间作用;内构件的置入使上升区和下降区气含率增大,液体循环速度不同程度地下降;下降区顶部存在气含率接近1的区域,气泡较多聚集于此区域。数值解析表明了在实际废水处理中应寻求合适的操作区域和内构件型式,以达到液体循环速度和气含率的数值结构优化。通过改变高径比、导流筒与反应器直径比、导流筒距底部高度和导流筒距液面高度四个结构因素,分析结构因素对流化床液体速度、气含率、局部流场等气液两相流特征参数的影响,探究结构因素对反应器的内在作用。结果表明:高径比主要影响气液流动型态,高径比较低时应特别重视气体分布装置的优化设计;导流筒与反应器直径比主要影响液体循环程度,从液速分布均匀化和液速峰值考虑,直径比选择0.7时达到最优;导流筒距底部高度主要影响流化床底部混合区的流体运动和液体对下降区底部的卷带速度,该高度至少应达到下降区缝隙长度,但继续提高后液体对底部污泥的卷带作用急剧下降,容易出现流动死区;导流筒距液面高度主要影响液面与上升区之间区域的流场结构,对于高1.5 m的流化床该高度取100 mm时能达到最优的液体速度分布和流场结构。把数值模拟方法推广到三重环流流化床和多重环流流化床的模拟中,考察环流数对气液两相的微观流动、液体运动速度和气含率的影响。结果表明:环流数越大反应器越接近完全混合态;环流数主要改变流体在上升区和下降区之间的相互混合和交汇,环流数增大后缩短了流体运动的循环路程和时间,有利于加强气液固三相混合,但流体的实际环流并无明显增多或实现无限微环流;环流数增大能促进气泡从导流筒中部进入下降区;多重环流流化床的流体力学性能优越于三重环流流化床。