| 题名 | 立体循环一体化氧化沟结构优化研究 |
| 作者 | 杨宁 |
| 答辩日期 | 2015-05 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 刘俊新 |
| 关键词 | 一体化氧化沟 结构优化 计算流体力学 数值模拟 流场 Integrated Oxidation Ditch Structural Optimization Computational Fluid Dynamics Numerical Simulation Flow-field |
| 其他题名 | Optimization on Structure of Integrated Oxidation Ditch with Vertical Circle (IODVC) |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 英文摘要 | 相比于传统氧化沟，立体循环一体化氧化沟（Integrated Oxidation Ditch with Vertical Circle，简称 IODVC）采用上下沟道的立体循环结构形式，且与固液分离区一体化，实现了沉淀污泥自动回流，因此能够减少占地面积和降低能耗。尽管IODVC已有一些研究和应用，但对 IODVC结构优化的研究开展较少。与传统氧化沟平面循环的流场不同，IODVC的立体循环结构使其具有独特的流场特性。目前，针对 IODVC流场的研究仅限于简单的仪器测试，在测量精度和装置尺寸方面受到了一定限制，IODVC的水力学特性尚不明确，在对 IODVC进行相关结构设计和优化时常采用经验或者半经验公式的方式，缺乏可靠的理论依据和设计参数，这些问题都制约着 IODVC的应用和推广。 针对以上问题，本论文借助计算流体力学（ Computational Fluid Dynamics，简称 CFD）工具和 FLUENT计算方法，构建了 IODVC单相流场模型和污泥-污水固液两相流模型。并借助模型，系统开展了对 IODVC主沟和固液分离区结构的优化研究。取得如下主要结论： （1）采用非结构化三角形网格生成方法对IODVC计算域进行网格划分，利用多重参考系（MRF）模型和风扇（Fan）模型分别定义曝气转刷和底部推流器的水力学行为，并借助 RNG k-ε湍流模型仿真IODVC内部流场的湍流变化；经试验验证，上述模型可准确描述 IODVC沟道内的流态特性。 （2）与无导流板情况相比，在IODVC弯道处加装导流板可提高全沟道的混合液流速。加装单层导流板，使混合液流速小于 0.15m/s的区域占比减少 22%，流速大于 0.25 m/s的区域占比增加 17%；加装双层导流板，可使高流速区域占比进一步增加 9.5%。加装导流板可有效改善 IODVC弯道处混合液的紊动程度，优化沟道隔板下方的混合液流速分布，使得右侧弯道出口处的回流低速区宽度占下 沟道宽度的比例减少 20%，同时显著提高了下沟道混合液的整体流速。因此，在相同功率输入的情况下，加装导流板有利于沟中液体达到良好的混合效果。 （3）导流板的布设位置对IODVC沟道内混合液流态影响较大，通过模拟得到了导流板位置的优化设置参数，即两侧导流板水平位移 180mm为宜。此外，将导流板末端适当延长可以进一步加强对水流的导控作用，对于防止隔板左侧上方污泥淤积有积极作用。导流板延长的长度等于导流板的半径时效果最佳。 （4）将固液分离区设置为45°的斜坡，可改善内部污泥分布，通过增加污泥沉淀面积达到改善 IODVC出水水质的目的，且斜坡的存在使固液分离区的沉淀污泥实现了自动回流，有利于 IODVC降低能耗。进水挡板的消能作用对于固液分离区的出水水质至关重要。无进水挡板时，沉淀效率会因主沟与固液分离区二者流场之间的相互作用而有所降低；适当缩减挡板长度可缓解进水水流对回流口附近区域的水力冲击，在一定范围内，挡板长度为 200mm时出水水质最优。 上述研究及取得的结果可为 IODVC的进一步结构优化和工程应用提供科学依据和技术支持。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/34456]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_水污染控制实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨宁. 立体循环一体化氧化沟结构优化研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015. |
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