CFD在水处理反应器研究中的应用进展

第22卷第6期2011年12月水资源与水工程学报JournalofWaterResources&WaterEngineeringV01．22No．6Dec．．201lCFD在水处理反应器研究中的应用进展黄远东，顾静，赵树夫，周中华，姜剑伟(上海理工大学环境与建筑学院，上海200093)摘要：计算流体动力学(CFD)已在水处理反应器研究中得到了较为广泛的应用。本文综述了CFD技术在固液分离反应器、生物处理反应器以及化学处理反应器研究中的应用现状，并指出了应用中所存在的不足，进而提出了CFD应用于水处理反应器模拟中有待进一步研究的问题。关键词：计算流体动力学；水处理；反应器；数值模拟中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1672—643X(2011)06—0011．05ApplicationprogressofCFDinstudyofwatertreatmentreactorsHUANGYuandong，GUJing，ZHAOShufu，ZHOUZhonghua，JIANGJianwei(SchoolofEnvironmentandArchitecture，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Computationalfluiddynamics(CFD)hasbeenwidelyutilizedinthestudyofwatertreatmentreactors．ThispaperfirstlyreviewedtheapplicationstatusofCFDinthestudyonsolid—liquidseparationreactors，biologicaltreatmentreactorsandchemicaltreatmentreactors，andthenpointedouttheweaknessofCFDapplicationinmodelingreactors．ThispaperfinallyputforwardsomeimportantissuesforfurtherusageofCFDinsimulatingwatertreatmentreactors．Keywords：computationalfluiddynamics；watertreatment；reactor；numericalsimulation0引言计算流体动力学(computationalfluiddynamics，简称CFD)是流体力学的一个重要分支，其通过数值求解流体运动(单相流动或多相流动)控制方程来获取流场的基本信息。随着计算机硬件和计算方法的快速发展，特别是伴随商用CFD软件(例如FLUENT、PHOENICS、CFX和STAR—CD等)的推广，使得CFD已成为探究和解决水处理工程中与流体流动相关问题的重要手段之一。本文简述CFD在水处理反应器研究中的应用现状与存在的不足，进而对CFD在水处理反应器中的未来应用进行了展望。1CFD在水处理反应器研究中的应用现状在水处理工程中，参与过程处理的构筑物和设备都可称为反应器。CFD技术在固液分离反应器、生物处理反应器和化学处理反应器的研究中都得到了应用。1．1CFD在沉淀池(固液分离反应器)中的应用沉淀池可分为普通沉淀池和斜板(管)沉淀池。按池内水流方向的不同，普通沉淀池可分为平流式、竖流式和辐射式3种；沉淀池按其在水处理流程中的位置，主要分为初沉池和二沉池。近年来，CFD技术在沉淀池内部两相流场分析、沉淀池结构改进和水力条件优化等方面研究中已得到了较为广泛的应用。2005年，Kim等¨对韩国釜山某水处理厂的一个矩形平流式二沉池内的水流特性和悬浮颗粒物浓度分布进行了二维数值模拟，所得数值模拟结果与同位素示踪测试结果两者基本相符。2009年，Sam．marraee等利用FLUENT软件，采用单向耦合的欧拉一拉格朗日两相流模型对某水处理厂的一个矩形平流式沉淀池内的颗粒沉降特性进行了三维大涡模拟(LES)，得到了沉淀池内的水流场、颗粒速度场和颗粒浓度分布，计算获取了不同粒度大小颗粒的沉降效率和总颗粒沉降效率，并分析了颗粒的沉降现象。进一步，针对同一平流式沉淀池，Sammarraee等还模拟分析了挡板设置对颗粒沉降效果的影收稿日期：2011—08—16基金项目：上海市教委重点学科建设项目(J50502)；上海市研究生创新基金项目(JWCXSL1102)作者简介：黄远东(1965·)，男，湖南邵阳人，博士，教授，从事河流动力学及环境模拟技术的研究。12水资源与水工程学报2011年响，发现在沉淀池顶部设置挡板可抑制水流的水平运动，将颗粒强制导向池底，从而可有效改善沉淀池的性能。2011年，R