曝气生物流化床三相流的Fluent模拟

【摘要】曝气生物流化床污水处理效率很高，所以被广泛用于各种污水处理中，对其各方面的研究成为了研究的热点。虽然影响曝气生物流化床污水处理效果的因素很多，但其内部相间作用力直接影响曝气生物流化床污水处理效果，所以水气条件和粒子碰撞是影响其运行的关键因素。目前对曝气生物流化床内各相间相互作用的了解主要建立在经验基础上，实验研究曝气生物流化床的空间布置对其多相流动的影响依然困难。由于实验研究难以取得好效果，所以数值方法成为了曝气生物流化床多相流研究的重要手段。本论文借助最先进的计算流体力学软件――Fluent来模拟研究流化床装置的三相流。曝气生物流化床颗粒理论主要针对单个颗粒，而Fluent软件能较好的描述颗粒群体，所以选择Fluent软件模拟曝气生物流化床颗粒群的流动。曝气生物流化床颗粒迁移是一种强制扩散，所以颗粒比重与水气之间的相互作用力决定了其内部物质扩散的形态。模拟结果表明，颗粒比重越接近1，颗粒扩散的效率就越高。对结果要求不高的情况下，复杂的三相模拟可以简化成两相模拟，这样可以提高模拟速度尽快得到模拟结果。通过实验数据的验证，确定曝气生物流化床三相流的Fluent模拟结果与实验结果比较吻合。曝气生物流化床三相流的Fluent模拟结果表明，在颗粒密度为1.64g/L时，达到颗粒初始悬浮所需曝气量为2000～3000L/h。通过模拟找出了原建模模型存在的颗粒堆积区，然后对原建模模型进行了优化改进。对优化后的模型进行模拟，结果表明倾角状的底部可以消除颗粒的堆积阻塞，而且曝气生物流化床的内筒有汇集颗粒升力促进悬浮的作用。曝气生物流化床三相流的Fluent模拟，可以增加对曝气生物流化床多相流流态的了解，并进一步指导曝气生物流化床装置的优化。
【作者】刘密；
【导师】余健；王新夏；
【作者基本信息】湖南大学，建筑与土木工程，2013，硕士
【关键词】曝气生物流化床；水力条件；相间作用力；强制扩散；非稳态；初始悬浮；反应器优化；

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