随着我国城市化和工业化进程的日益加快,生活和工业用污水的排放量也相应增加,对污水处理系统提出了更高的要求。作为污水处理中的重要设备,潜水搅拌器被广泛应用于污水处理厂曝气池和厌氧池污水的处理中,其搅拌效果的好坏对整套设备的污水处理质量将产生重要的影响。作为搅拌器中的重要部件,叶轮在设备运行过程中,将旋转的机械能转化为流体的动能,因此,叶轮的结构形状和运转情况对搅拌流场有重要的影响。至今,对于潜水搅拌器的理论和实验分析方法一直是科研工作者的重要研究对象,但仍然不够成熟和完善。随着计算机技术的发展,人们越来越多地青睐于利用计算机流体动力学(CFD)技术来研究潜水搅拌器内搅拌流体的流动情况。应用CFD技术不仅可以节约成本、缩短研发时间,而且可以有效的提高搅拌效果,从而对搅拌器的开发、设计和优化提供很好的参考价值。本文在对潜水搅拌器流场进行数值模拟以及叶轮优化设计时,为了便于计算,将污水搅拌池做简化处理,把池型简化为一搅拌罐,这样做并不会对搅拌模拟造成较大的影响,却能大大节约成本和时间,减小对计算机硬件的要求。首先基于欧拉—欧拉观点建立描述搅拌器的模型,采用标准K-ε湍流模型对流体相的湍流特性进行描述,然后利用多重参考系法对搅拌容器内的流体进行三维数值模拟,观察并分析其搅拌流场的运动,并重点分析搅拌器的结构以及几何参数的变化对搅拌流场分布的影响,进而对搅拌容器设计参数进行优化。通过对不同桨叶形式的搅拌流场的对比研究发现,轴流型桨叶形成的流场速度分布比径向流桨叶理想。桨叶的离底距离也会对流场产生重要的影响,此距离过大过小都会影响搅拌效果,当距离过大时会造成搅拌区域混合物的沉积,而当距离过小时则不容易控制搅拌桨下流体的速度大小,从而使搅拌不均匀。在容积一定的搅拌槽内,其搅拌桨叶的大小将会对搅拌效果有直接的影响,桨叶直径过小,会出现流动死角,搅拌效果较差,桨叶直径越小,此情况越明显；但当桨叶直径过大时,会出现两个回流区,从而不利于控制搅拌速度,使搅拌混合液体的颗粒浓度不均匀。对于搅拌转速对搅拌效果的影响,通过模拟分析可以发现,搅拌速度的变化会对搅拌流场的混合造成很大的影响,但考虑到搅拌桨强度,耐久度以及搅拌功率等因素的影响,也并不是搅拌速度越大越好,而需要在综合因素的考虑下来确定合理的速度。通过对比分析研究后发现,选用桨叶数量为八片的轴流型桨叶,其桨叶大小为500mm,在桨叶离底距离为0.4m,搅拌轴转速为300r/min时,能够获得较好的搅拌效果,其流场以及压力场的分布情况较稳定,能够比较好的满足实际生产中的应用。