双层搅拌桨厌氧反应器流场的数值模拟_王卫京

2010年第12期（总第250期）吉林农业JILINAGRICULTURALNO.12，2010（CumulativetyNO.250）212JILINAGRICULTURAL0引言厌氧反应器广泛应用于包括农业养殖场废水在内的各种废水的处理过程中。由于一些废水如养殖场废水含有较高浓度的固体，为了强化混合，常常需要搅拌，双层搅拌是厌氧反应器常用的搅拌方式。在目前工业上在对双层搅拌桨搅拌厌氧反应器设计时，大都依赖经验进行，设计效果达不到最优。近年来，计算流体力学广泛应用于各种不同流场的研究，如王定标等[1]对双层桨叶搅拌器进行了数值模拟。通过流场的数值模拟不仅可以得到实验手段无法得到的局部信息，而且还能节省研究经费。因此，国内外学者也开始用计算流体力学的方法研究厌氧反应器内的流场结构。RobertN.等学者用Fluent软件模拟了厌氧反应器内流动，模拟结果显示，厌氧反应器的重要操作参数如水力停留时间模拟值和计算值吻合较好[2，3]。在国内，叶群峰[4]对UASB反应器内单相流动进行了初步数值模拟。王卫京等[5]对UASB反应器内气液两相流动进行了数值模拟，并得出了厌氧反应器内气相和液相的流场。这些研究对厌氧反应器流场进行了探索，但总体上来说，厌氧反应器内流动还未得到充分研究。本文对侧伸搅拌厌氧反应器内流场进行了模拟，研究反应器内的流动规律。1流体力学模型本文假设反应器内流动为稳态不可压缩流动，厌氧反应器内的湍流用k-ε方程进行计算。连续性方程为：divρu=0动量方程为：div(ρuu)=div(μeffgradu)-gradρ在方程中μeff=μt+μlk和ε分别由下述两方程得出：湍流模型中各常数采用Launder[6]所推荐的值：Cμ=0.09，C1=1.44，C2=1.92，σk=1.0，σε=1.3。反应器内流体的粘度取为0.85mPa·s[7]。2厌氧反应器结构本文模拟了一个有双层搅拌桨的厌氧反应器。该厌氧反应器直径为6m，高8m，搅拌桨为双层斜叶桨，有三个叶片，直径为1.5m。第一个桨距底部高度为2m，第二个桨距底部为6m。有4个宽度为0.6m的挡板。采用非结构网格对整个厌氧反应器区域计算，其网格划分如图1所示。3模拟结果与讨论反应器流动的数值模拟结果如图所示。图2是流动轨迹图，图3是速度矢量图。从图中可以看出，流体在搅拌桨的推动作用下，由反应器中心向下流