升流式厌氧污泥床反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket,UASB)具有容积负荷高、可产生二次能源的特点,在污水处理中应用广泛。但在UASB的运行过程中,反应器的前期启动较为困难,启动周期较长。由于UASB内部三相流场复杂,为了解决UASB反应器现存问题,除了对生化反应机理进行研究之外,还需在流体力学的角度对UASB反应器内部流场情况进行探索。本文以实验室小试UASB反应器为研究对象,应用计算流体力学软件Fluent,针对反应器内流动特点,采用分段曳力系数和当量直径方法建立了适用于UASB反应器内流态分析的多相流动数值模拟方法,并对不同操作条件、不同结构条件下反应器内部流场进行了数值模拟研究。研究结果表明,提出的针对生物反应器大差异颗粒流的计算模型适用于UASB反应器,模拟结果与实验结果吻合良好。使用该相间曳力模型得出实验室现有UASB反应器的主要设计缺陷为布水器和三相分离器,分析了污泥流失的原因。考察了不同操作条件对UASB内的流场影响,得出了理想操作条件下表观液速的范围和床层膨胀率随表观液速的关系式。针对现有反应器进行结构改进,得出最佳布水无量纲参数Φ的范围为150至600,最佳布水器安装高度与初始污泥床层高度之比为0.2:1,最佳反应器高径比为15。优化得出的双倾斜式布水能明显提高底部泥水搅混作用;优化而得的两级环板式三相分离器可提升气体收集效率,缓解跑泥现象。为UASB反应器的结构参数设计及操作条件优化提供了理论基础。