电子束辐照水处理反应器的CFD模拟与优化

中国环境科学2017,37(3)：980~988ChinaEnvironmentalScience电子束辐照水处理反应器的CFD模拟与优化丁瑞1,2,茅泽育1*,王建龙3(1.清华大学水利水电工程系,北京100084；2.南京水利科学研究院,江苏南京210029；3.清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084)摘要：以处理量较大的射流式电子束辐照水处理反应器为例,运用计算流体力学方法,以反应器出口水流流速分布均匀为目标,对反应器内部水流的水动力特性及反应器构型对出口水流流速分布均匀性的影响进行了研究,并据此优化反应器的构型.研究结果表明,影响反应器水动力特性的关键构型参数为反应器进口管径、反应器水平收缩段长度和反应器弯曲段构型.反应器进口管道直径越大、水平收缩段长度越大,则反应器出口水流流速分布越均匀.最终确定最优反应器的构型参数为:进口管径0.2m,水平收缩段长度0.45m,反应器弯曲段构型贴合水流运动方向.计算结果表明,最优反应器的水动力条件得到极大改善,反应器出口水流流速分布非常均匀.物理模型试验验证了最优反应器出口水流流速分布的均匀性.关键词：电子束辐照水处理；反应器流体力学特性；计算流体力学；反应器优化；构型参数中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-6923(2017)03-0980-09CFDsimulationandoptimizationofthewatertreatmentreactorbyelectronbeam.DINGRui1,2,MAOZe-yu1*,WANGJian-long3(1.DepartmentofHydraulicEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China；2.NanjiangHydraulicResearchInstitute,Nanjing210029,China；3.InstituteofNuclearandNewEnergyTechnology,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China).ChinaEnvironmentalScience,2017,37(3)：980~988Abstract：TheEBreactor(electronbeamwatertreatmentreactor)intheformofnozzlejetwithrelativelylargetreatmentcapacityisselectedastheresearchobjectinthispaper.Bymeansofthecomputationalfluiddynamic(CFD)method,boththehydrodynamicbehaviorandtheinfluenceoftheEBreactorconfigurationontheflowvelocityuniformityatthereactoroutletarestudied,inordertoachieveevendistributionofflowvelocityatthereactoroutlet.Theresultsarethereforeusedtooptimizetheconfigurationofthereactor.ThestudyresultsfortheprimaryEBreactorindicatesthattherearemainlythreekeyconfigurationparametersaffectingthehydrodynamicbehaviorofthereactor,includingthediameterthereactorinlet,lengthofthehorizontalcontractionpartandpatternofthebendingpart.Thelargerthereactorinletdiameterisandthelongerthelengthofthehorizontalcontractionpartis,themoreuniformthevelocitydistributionofthereactoroutletwillbe.Theoptimalreactorconfigurationparametersaredeterminedasfollows:thedimeterofthereactorinletis0.2m,thelengthofthehorizontalcontractionpartis0.45m,andtheconfigurationofthebendingpartshouldfittheflowvelocitydirection.Thenumer