一体化氧化沟的三维流场模拟与分析

2003V01．19中国给水排水CHINAWATER&WASTEWATERNo．12一体化氧化沟的三维流场模拟与分析罗麟，李伟民，邓荣森，何泽超，王涛(1．四川大学高速水力学国家重点实验室，四川成都610065；2．重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆400056；3．四川大学4~_r-学院，四川成都610065)摘要：利用三维走一￡紊流数学模型模拟了一体化氧化沟的流速场，采用移动网格技术模拟转刷的转动及沟内动力的来源。理论计算结果与试验结果的比较表明该数学模拟结果是合理的。此外，对沟内流态进行了详细分析，在水动力学层面提出了对现有设计进行优化改进的措施。关键词：氧化沟；数值模拟；流态分析中图分类号：X703．1文献标识码：A文章编号：1000～4602(2003)12—0015—04SimulationandAnalysisonThree‘——dimensionalFlowFieldofIntegrativeOxidationDitchLUOLin，LIWei—min2，DENGRong—sen，HEZe—chao3，WANGTao2(1．StateKeyLabofHydraulics，SichuanUniversity，Chengdu610065，China；2．SchoolofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineering，ChongqingUnizersity，Chongqing400056，China；3．SchoolofCTwmicalEngin~ring，SichuanUniversity，Chengdu610065，China)Abstract：Threedimensionalk一￡turbulencemathematicalmodelwasusedtosimulatetheflowfieldofintegrativeoxidationditch，andmovingmeshtechnologywasusedtosimulatethepowersourcesofbrushrunningintheditch．Bycomparisononthetheoreticalcalculationdataandtestresult，itWaSindicatedthattheresultofmathematicsimulationisreasonable．Furthermore，detailedanalysisWaSmadeontheflowpatternintheditch，andthenthemeasuresofoptimizationandimprovementwereproposedforcurrentdesignfromtheviewofhydrodynamics．Keywords：oxidationditch；numericalsimulation；flowpatternanalysis一体化氧化沟内混合液的流动通常是由转刷驱动并曝气的，不需其他的外力。为了完全推动混合沟内流体并曝气，必须具有良好的转刷设计。由于沟内流动的复杂性，对沟内流态的深人理解是必要的。1数学模型采用三维走～￡紊流数学模型，其控制方程组如下：连续方程=0动量方程()=一13P+交)(+)]紊动动能k方程基金项目：教育部博士点基金资助项目(20010610023)；中一芬政府间科技合作项目(川科函Y[200313号)·15·⋯(1)(2)维普资讯http://www.cqvip.com2003Vol_19中国给水排水No．12Ui装=未(一vt畿)+G—e(3)其中，G为紊动动能的产生项'G=+)a。紊动能耗散率e方程u轰=未+)豪]+c-eG—cze(4’在壁面附近采用壁函数：～11n(Ep'ypU~)一AB(5)式中——近壁网格点P上的速度U——摩阻流速Yp——从P点到壁面的距离K——vOnKarman常数(K=0．42)E——经验常数(E=9．8)——分子动力粘滞系数△B——糙率函数，AB：{In(1+cks志)，其中cks为粗糙度常数，取0．5；志为粗糙高度，取0．009上述方程组成志一e模型封闭方程组，模型中的常数取值见表1。表1七一￡模型中的常数取值2计算域算例中的氧化沟容积为941TI，宽为1．2rn，有效水深为31TI，沟内直段长为121TI，弯道半圆部分半径为1．321TI，其示意图见图1。因300m3／d(0．0035m3／s)的污水处理量与沟内流速(设计流速0．3m／s)相比较小，故为简化计算，未计氧化沟的人流及出流，亦即仅对沟内的流体进行了数值模拟。该氧化沟有6组转刷，每组12片，叶片之间呈30。，相邻组叶片之间交错排列，因此相邻叶片的角度为15。(见图2)。转刷的转速为62r／m