基于Fluent的CMCBR的数值模拟与优化研究

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:seankkk2000
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随着中国城市化进程的加快以及人们环保意识的不断提升,人们对于生物膜处理污水技术的研究也越来越多。循环移动载体生物膜反应器(简称CMCBR)是在移动床生物膜反应器(简称MBBR)的基础之上在反应器中间加了两块导流板,强制水流循环,改善了水力流动性能,避免了填料堆积问题以及增强了传质过程,从而提高了处理效果。但是,由于反应器内曝气的气体不能均匀地向两侧的降流区移动,对处理效果有较大的影响。并且国内外对这个课题的研究比较少,有的是使用实验的方法,但是会有一定的误差,结合计算流体力学进行模拟的研究几乎没有,因此本课题采用理论计算、小试试验以及计算流体力学模拟相结合的方法来进行研究。本课题通过理论计算,发现进气口速度、导流板底隙高度对反应器整体的水力情况影响较大。因此我们借助小试实验,得出实验值,然后借助fluent软件得到了相对应的模拟值。对比实验值和模拟值,得到了本次模拟对物理模型的简化和数学模型的选择符合实际情况,能够用此方法进行后续模拟的结论。借助fluent软件,通过改变进气口速度以及导流板底隙高度,得出了最适合的参数值,解决了不能均匀曝气的问题,使得气体能够从升流区均匀流向降流区,提高了反应器处理污水的效率。把进气口速度从0.7m/s依次递增,我们发现当气体速度为0.89m/s时效果最好。观察反应器内气液两相流的混合物矢量图、液相含量图、湍流动能图,对比改造前的装置,我们发现进气口速度为0.89m/s时降流区气体分布均匀,气泡在反应器内能够周期地循环,气泡与水有较长的接触时间,湍流动能较高,整体运动比较剧烈,在比较短的时间内氧气的含量就可以达到饱和,有利于氧传质的进行。将进气口速度设置为0.89m/s,把导流板底隙高度从250mm依次递增,对比同一反应器内不同高度的气含量和湍流动能以及不同反应器内同一高度的气含量和湍流动能,得出最适底隙高度为250mm。与改造前的装置相对比,当底隙高度为250mm时,气含量在降流区分布均匀,湍流动能优于其他情况。通过讨论不同进气口速度和导流板底隙高度时反应器内流场的分布情况,对循环移动载体生物膜反应器的导流板长度进行改造,并改变进气口速度,目的是为了在保持一定的氧传递效率并且不增加能耗的情况下,找到最佳进气口速度和最优导流板底隙高度,使气体能够从升流区向两侧降流区均匀流动,并且整体气含量和湍流动能达到一个较高的状态,使得反应器内气液两相充分混合,提高反应器的处理效率。
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