基于FLUENT的旋流池数值模拟与优化研究(1)

重庆大学硕士学位论文基于FLUENT的旋流池数值模拟与优化研究姓名：龙曼申请学位级别：硕士专业：市政工程指导教师：郭劲松20061101中文摘要摘要水力旋流池是冶金行业热轧水处理工程中的一个重要构筑物，其作用是分离热轧工艺冷却回水中的氧化铁皮，使分离后的氧化铁皮沉淀于底槽中。但在长期的实际应用中发现存在有较为严重的吸水井积泥、及因积泥而造成的水泵泵体损害和高强度的频繁清泥等问题，给生产管理带来不便。在前一阶段中课题组针对旋流池吸水井积泥现象进行了深入研究，通过改变旋流池内部结构及进口流速得到集成优化的旋流池，解决了吸水井的积泥问题，获得了比传统旋流池更高的氧化铁皮分离能力。但在第一阶段的研究中发现：模拟参数对模拟准确性有较大影响，且旋流池结构在取消吸水井增设锥形板后并未得到有效简化，穿孔板开孔孔径及进水流速大小对氧化铁皮沉淀性能也有较明显的影响。本文将对前一阶段集成优化旋流池模型的模拟参数及结构参数进行进一步优化研究。研究的具体内容为：迭代次数、球形度系数、反弹系数、步数及步长等模拟参数的优化；模拟比较方案一与方案二对颗粒沉淀效率的影响，以研究为简化结构而采取方案二是否合理；模拟研究穿孔板开孔孔径及进水流速大小对旋流沉淀池分离性能的影响。本阶段仍以计算机模拟为研究手段，采用湍流流动模型和离散相颗粒运动模型作为旋流池流动特性的数学描述，利用FLUENT软件的前处理模块GAMBIT对旋流池进行几何建模与网格划分，并用FLUENT软件进行数值计算，模拟了各自流场，同时获得各自的分离效率曲线。通过对旋流池流场分布规律和氧化铁皮沉淀规律的数值模拟和分析得到如下结论：(1)模拟参数优化后的颗粒去除率在实际去除率范围之内，说明模拟参数的优化使旋流池中氧化铁皮颗粒的沉淀分离过程更符合实际情况。因此，参数的优化是有必要的。(2)在本阶段中，对于是否采取方案二作了模拟研究。从模拟结果发现采取方案二后氧化铁皮颗粒的分离沉淀效率较方案一时有明显提高。依据模拟结果取消了锥形板，并达到了简化旋流池内部结构的目的。(3)穿孔板孔径为A、B及C三种情况下的氧化铁皮颗粒沉淀效率没有太大差异，说明改变穿孔板过水孔孔径大小对氧化铁皮颗粒的分离沉淀影响不大。(4)分别模拟了旋流池进水流速为pg情况下的颗粒沉淀效率，并将其与前一阶段进水流速为d情况下的颗粒沉淀效率进行了对比，结果发现进水流速在e哩时，颗粒分离沉淀效率均比较高，但以进水流速为f时为最优。通过对模拟参数进行优化研究，提高了旋流池模拟计算的准确性。在此基础重庆大学硕士学位论文上，对旋流池内部结构及进水流速进行模拟优化，既提高了氧化铁皮颗粒的去除效率，同时也简化了旋流池内部结构。以上改进措施为优化该型旋流池的设计提供理论依据。关键词；旋流沉淀池，数值模拟，FLUENT，优化研究Ⅱ英文摘要Rotationalflowsedimentationtank,aSaimportantmethodtopurifywastewaterinmetaIlu唱yindnstry,isdesignedtoseparateferricoxideparticlesfrombackwardcoolingwater,andtheparticlesaredepositedatthebottomcut．Initsapplication,seriousferricoxideparticlessedimentationphenomenoncouldoftenbeenfoundatsuctionwell．Thisphenomenonwillresultinseriousdamagetothepumpbodyandfrequentcleaningtowardferricoxideparticles，andwillproducctroublestoproductionandmanagement．Soit'snecessarytoinvestigatethisphenomenondeeplyinthefrontstage．Anewrotationalflowsedimentationtankissetupbychangingthestructureinthetankandtheinletvelocity,andtheproblemofferricoxideparticlessedimentationissolvedcompletely．Thenewtypetankisprovidedwithhigherseparationfunctionthanthetraditionalrotationalflowsedimentationtank．Butafewmessagewasfoundinthefaststage：thesimulationparameters