沉淀池的数值模拟

第35卷第9期2010年9月吴成娟·沉淀池的数值模拟V0l_35No．9Sep．20101．3边界条件及求解方法边界条件：进水口采用velocityinlet，出水口采用pressureoutlet，固体壁面采用标准壁面函数法，应用有限体积法求解微分方程，压力与速度耦合方程采用PIOS方法进行动态模拟，紊动能，紊流耗散，动能均采用二阶迎风格式。关于沉淀池模拟计算的收敛标准是比较所有方程式的误差，其中最大值小2模型的验证2．1验证所使用的模型采用加拿大温莎大学Imam博士1983年使用的矩形沉淀池内的水流分布结果作为验证实例，在该模型中将沉淀池作了简化，没有考虑污泥斗和挡板位置的影响。该模型的具体尺寸：L=0．73m，H于10为收敛的标准。=0．119m，hb=0．069m，h=0．085m，如图1。板下=Ily}——进流xLI图1沉淀池模型简图2．2模拟结果分析与比较(1)以实验条件q=0．010为初始值。模拟得8V挺出流线图如图2，各断面模拟的速度值与实测值对比见图3。图2匝三觋_o．1OO．10．20．3速度(m／s)x10era数值模拟得到模型内的流线图氮稚=‘-------．—．．．．．．．----------------一．．---．．．．．．．．．—--------—-——_J121086惺42000．1O．2n3速度(Ⅲ／s)x=40c~售6V20OO．10．2速度(m／s)x-70c~图3模拟得出各断面速度分布与实测结果对比图由图2可以看出沉淀池的左上角有一个较大的的紊动场。重复循环区，同样右下角也有一个较小的重复循环(2)悬浮物过流曲线分析区，它们基本上都是死水区，是影响沉淀池去除率的取沉淀池的理论停留时间T=HL／q：8S。C。一个重要因素。由图3可以看出各个断面模拟的速=O．276kg／m为沉淀池内平均悬浮物浓度，C是通度值和Imam博士实测的数值基本吻合，可以得出过监测得到的出水口不同t时刻悬浮物的浓度。图标准k一￡两方程模型可以很好地模拟沉淀池流体4为出水口悬浮物浓度随时间变化的过流曲线图。·67·第35卷第9期2010年9月吴成娟·沉淀池的数值模拟Vo1．35No,9Sep．2010，图4悬浮物的过流曲线图由图4可以看出出口悬浮物浓度与进水口悬浮物浓度的比值从总体趋势上看和实测值相吻合。所以混合物模型可以很好地模拟沉淀池内的悬浮物的浓度场。3计算与沉淀池的优化设计3．1某污水厂沉淀池实际资料采用某污水厂的沉淀池作为模拟计算的实例，具体尺寸如下，进水口和出水口均为0．7m；水深5rll；污泥斗上边长5In；下边长0．7m；深3．5m；沉淀池的底坡是0．02；沉淀池的进水浓度为3kg／m，初始浓度为0．75kg／m，进口的单宽流量为0．035m3。3．2不同工况下对沉淀池的运行效率的影响(1)进水挡板的淹没深度对沉淀池的运行效率的影响。取进水挡板的水平距离为2m，淹没深度分别取1m，1．5m，2m，2．5l'II，3131，3．5m，4m，其他条件不变，各个工况下悬浮物的去除率如图5所示。由图5可知当进水挡板的淹没深度和沉淀池高度的比值取在0．35—0．7之间，悬浮物的去除效率比较高。这主要是因为随挡板深度的增加挡板后的回流区有逐渐减小的趋势，当挡板没人深度与池高的比值达到0．6时，此时的回流区域影响范围最小。但当这个比值继续增大时，回流区域的影响范围又开始增加。而且挡板没人深度过大会使底部过流速度加急，影响颗粒的沉降。，、7473替727l窭70鹄6967图5挡板的高度和沉淀池的比值与悬浮物的去除率的关系图(2)进水挡板的水平距离对沉淀池的运行效率的影响。·68·取进水挡板的淹没深度为2m，水平距离分别取，1m，1．5m，2m，2．5m，3m，3．5m，4m，5m其他条件保持不变．各个工况下悬浮物的去除率如图6所示。由图6可知进水挡板的水平距离在一定范围内能够提高沉淀池的去除率。从图6可以看出去除率只在开始阶段(1m～1．5m)发生比较明显的变化，而后去除率的变化趋势就显得比较微弱，增加和降低的幅度较小，挡板在3m时达到最大去除率72．9％。随着挡板水平距离的继续增加，去除率不断下降，特别是在大于4．5m时，去除率一次下降就可达到9．4％，去除效果很差。由此可见，挡板的水平位置只在一定的范围内才会使沉淀池保持较为理想的去除效果。一旦挡板的水平距离超出这个范围就会使挡板前后的死区增大，同时减小了沉淀区域的长度，缩短了水流的停留时间，造成去除率下降。褂稍星髓挡板的水平距离(Ⅲ)5图6进水挡板的水平距离与悬浮物去除率的关系图(3)进水口高度对沉淀池运行效率的影响。由上述对挡板位置的分析，可取挡板的水平距离为1．5m，淹没深度为1．9m，其他条件保持不变，进水口高度分别选取0．5m，0．7m，0．9m，1．1