扬水曝气器外围流场的数值模拟

【作者简介】朱伟峰（1982~），男，山西长治人，工程师，从事给排水设计与研究，（电子信箱）zhuwf2@chinacuc.com。扬水曝气器外围流场的数值模拟NumericalSimulationsontheHydro-fieldofWater-liftingAeratorPeriphery朱伟峰（中国联合工程公司，杭州310052）ZHUWei-feng(ChinaUnitedEngineeringCorporation,Hangzhou310052,China)【摘要】利用CFD软件对带顶部导流板的扬水曝气器工作时的外围流场进行了数值计算。模拟计算结果表明扬水曝气器运行时会在外围流畅形成顺时针或逆时针旋转的漩涡。导流板与水平面的夹角以及导流板淹没在水面下的长度都可以影响到漩涡的生成情况。当形成逆时针漩涡时更有利于发挥扬水曝气器的除藻功能。【Abstract】Inthispaper,numericalsimulationsonthehydro-fieldofWater-liftingAeratorperiphery,ahydro-deflectorfixedonthetopoftheWater-liftingAerator,ismadebasedonCFDsoftware.Theresultshowsthataclockwiseorananticlockwiseeddywillbeformedinthehydro-fieldofWater-liftingAeratorperiphery,whentheWater-liftingAeratorworks.Theincludedanglebetweenhydro-deflectorandhorizontalplanecaneffectthesituationoftheeddy,soasthelengthofthehydro-deflectorwhichunderwaterlevel.ItismoreeffectuallyfortheWater-liftingAeratortoremovethealgae,iftheanticlockwiseeddyformed.【关键词】扬水曝气器；流场；数值模拟；FLUENT；除藻【Keywords】Water-liftingAerator;hydro-field;numericalsimulations;FLUENT;removalofalgae【中图分类号】TU821.2;TU991.2【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2014）11-0083-04扬水曝气器的国外相关报道很少见。在国内，黄廷林、丛海兵等人对扬水曝气器进行了结构设计与优化，并且对其提水性能和充氧性能进行了研究，建立了相关的数学模型[1～5]。经实践证明，水曝气器的主要功能有：①混合上下层水体，能够破坏水体分层现象，提高下层水体溶解氧。②给下层水体充氧，提高下层水体的溶解氧。从而扬水曝气技术可以抑制底泥有机质、氮、磷、铁、锰的释放。同时，混合作用将上层水中的溶解氧循环到下层，使藻类的生长受到抑制甚至死亡。FLUENT是目前处于世界领先地位的CFD软件之一，是一个用于模拟和分析在复杂几何区域内的流动与热交换问题的专用CFD软件。它提供了灵活的网格特性和多样的后处理方式，便于用户分析研究问题。王福军介绍了该软件的5个实例[6]：①轴流泵叶轮的性能预测;②风机的优化设计；③圆内自然对流换热模拟；④河流跌坎分析；⑤温室自然通风模拟。这5个实例的计算结果与实际情况相吻合，证明了FLUENT软件具有强大的计算功能，可以处理气、水的传热和运动问题。1几何模型【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2014.11.018市政·交通·水利工程设计Municipal·Traffic·WaterResources·EngineeringDesign83所模拟的是以扬水曝气器为轴心，半径150m，深90m的流域（水库或者湖泊）。本文在模拟的过程中合理的简化了扬水曝气器以及工作流域的几何形状并且采用了轴对称模型，只对模拟区域的一半进行了数值计算。几何模型如图1所示。为了进一步研究扬水曝气器出口处的导流板（见图2）对外围流场的影响，文中还分别对不同导流板角度下的流场进行了模拟。见表1。图1几何模型示意图A为导流板与水平面夹角；L为导流板淹没在水下的长度图2导流板细部示意图表1扬水曝气器出口出导流板角度以及淹水长度几何实体以及网格用前处理软件Gambit生成。网格生成时同时采用了结构化网格和非结构化网格，这样可以保证计算效率和计算精度。本文所模拟的扬水曝气器的主要几何尺寸为：总高度85m，扬水筒直径800mm，吸水口距离水底距离4m，出水口距离水面距离1m。扬水曝气器的具