31.氧化沟叶轮与中间导流墙间距对流场的影响研究

·计算机技术·氧化沟叶轮与中间导流墙间距对流场的影响研究陈立爱汪家权侯红勋(1合肥工业大学管理学院，合肥230009；2安徽国祯环保节能科技股份有限公司，合肥230088)摘要为了探求氧化沟工艺中间导流墙与叶轮边缘间距(L)的不同对氧化沟沟内水力特性的影响，采用计算流体力学软件(Fluent)对氧化沟内的流态进行模拟，对模拟结果使用灰色关联法和层次分析法(AHP)进行分析，同时对不同工况下叶轮消耗的功率进行了对比研究。结果发现：由于平均值难以体现最大值和最小值所占比例，直接采用均值法难以对氧化沟的流速分布情况进行合理评价；AHP评价得出的最佳间距范围为0．01～0．15D，但是该范围太大，且间距过小动力消耗太大；灰色关联法评价得出的最佳间距范围为0．08-0．15D，该范围内叶轮的动力消耗适中，且氧化沟内出现污泥沉积现象的概率最小，水力特性效果最佳。关键词氧化沟叶轮导流墙间距灰色关联度AHP0引言随着污水生物处理技术的发展，氧化沟演变出不同的构造型式，但基本型式都是由较长的直段和弯道组成呈封闭的沟渠口]，形成了无终端的曝气系统。为了形成氧化沟内独特的泥水混合效果，曝气机需要具有良好的推动能力。但从其水流特点可以看出，一方面曝气机在氧化沟内存在着流速分布不匀的问题，另一方面氧化沟内还会产生与主流方向相反的、不利于主体流动的流场[23。为保证氧化沟内的水体形成适宜的流型并处于最佳流态，导流墙起着十分重要的作用。赵星明等[3]研究了同心半圆形弯道导流墙的水头损失，并探讨了设置导流墙前后的水流流速变化情况。曹瑞珏等]提出安装上、下游导流板是改善氧化沟流速分布、提高充氧能力的最佳方法和最方便的措施，并对导流板的安装位置和高度给出了建议。刘广立等[7]研究了弯道导流墙张角变化对降低局部能耗的关系，并采用涪陛污泥模拟软件对水力特性改善前后的处理效果进行了模拟计算，并认为设置导流墙前后出水水质基本不变。陈志澜等L8]研究了弯道导流墙偏置位置对氧化沟性能影响，得出导流墙的偏置距应设置在0．3～o．4m之间较合适。陈威等[9]采用Fluent软件模拟了不同下游长度、偏心距及导流墙半径的条件国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2009AA063804)。下导流墙处流速分布情况分析。以上内容均针对氧化沟弯道导流墙张角、偏置位置等进行研究，但是关于表曝机叶轮边缘与中间隔墙的间距(L)对氧化沟内流场状况的改善的研究尚未见报道，而且该研究在实际中难以通过试验来进行研究，计算机流体力学(Fluent)成为解决该问题的一个得力工具。本文基于Fluent6．0软件，对氧化沟内流场进行了仿真，研究了叶轮边缘与中间隔墙距离的变化对沟内流速的影响，通过算术平均值法、灰色关联法和AHP法等3种方法对模拟结果进行了对比评价，寻求出最佳位置范围，并提出了一种评价氧化沟优化设计运行工况的评价方法，对工程实践具有一定的指导意义。1模型建立1．1理论模型通常氧化沟的沟内水流平均水平流速约为0．3m／s，根据雷诺数计算公式计算得出氧化沟内为紊流流态。假定氧化沟中主体水流为紊流恒定流，本研究求解基于连续性方程、动量方程和忌一e湍流方程，采用二维单相计算流体力学模型，同时认为水体为不可压缩流体，因此得到氧化沟流场模拟控制方程如下。．连续性方程：一0(1)0Xi式中五——方向的笛卡尔坐标分量；给水排水Vo1．39No．22013127。～一方向的平均速度，m／s。动量方程：一一13p，aia[c卅Vt3x，(差3x+差)]az，paz，L⋯，‘a／-j(2)式中z]方向的笛卡尔坐标分量；p一匿力，Pa；zr一湍流粘度ITI／s；流体密度，kg／m。；——分子动力粘性系数；——z，方向的平均速度，m／s。在本研究中，假设叶轮桨叶搅拌区域的流体速度与叶片的速度一致。阮Ok一f+1+G一￡(3)阮一I十J十一。(3式中足——湍流能量——关于k的湍流Prandtl数，O'k一1．0C、广一湍流能量生成项；e——湍流能量分散率。亳一去((+)毫)+c专G—czc4式中——关于￡的湍流Prandtl数，：1．3C1和C2——常数(C一1．44，Ce一1．92)。G一(+)差c5，一(6)式中C——常数，取0．09。上述6个方程及相关常数项组成标准k—e模型封闭方程组。1．2物理模型模拟水池按实际试验水池设计。叶轮直径D一0．9m，沟长等其他数据见图1。图1氧化沟平面不意为了研究L的不同引起的流态变化，计算中暂不考虑弯道导流墙的设置及曝气机叶轮的偏心距等措施。同时Stamou[]研究发现人口和出口的设置对氧化沟内的流场基本没有影响，为便于计算，该模型设置人口和出口流速均为0。叶片直径D不同，128给水排水Vo1．39No．22013在旋转时搅起的水花范围有很大差别。刘帮棵提出氧化沟的中间隔墙距叶