折流式沉淀池流态模拟

第21卷第4期2005年4月中国给水排水CHINAWATER＆WAsTEWATERVo1．2lNo．4Apr．2005折流式沉淀池流态模拟屈强，马鲁铭，王红武，袁宏宇(1．同济大学环境科学与工程学院，上海200092；2．华东理工大学资源环境学院，上海200237)摘要：利用k一两方程湍流模型，借助大型计算流体力学软件FLUENT，对回流比为零和75％情况下折流式沉淀池内流态进行了数值模拟，发现均存在严重的短流和较大的死区。将池型改成尺寸相同的平流式沉淀池后重新进行计算，发现改型后的流态较为合理，短流和死区均较小。关键词：折流式沉淀池；流态；数值模拟中图分类号：X703．1文献标识码：C文章编号：1000—4602(2005)04—0058—04SimulationofFlowPatterninB棚edSedimentaltionTankQuQiang，MALu—ming，WANGHong—wu，YUANHong—yu(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092，China；2．SchoolofResourceandEnvironment，EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China)Abstract：Basedon一twoequationturbulentmodel，FLUENT，alargecomputerfluidmechan—icssoftware，wasusedtonumericallysimulatetheflowpatterninbaffledsedimentationtankwithreturnratioofzeroand75％，theseriousshort—circuitingcurrentandbiggerdeadzonewereobserved．Recalcu—lationwasmadeaftermodifyingthetankconfigurationtohorizontaltypetankwiththesamesize，amorereasonableflowpatternandsmallershort—circuitingcurrentanddeadzonewerefoundinthemodifiedtank．Keywords：baffledsedimentationtank；flowpattern；numericalsimulation折流式沉淀池结构与矩形平流式沉淀池相似，不同之处在于进水和出水在沉淀池的同侧，目的在于利用进水能量将水流带到池子另一端，遇到池壁后反方向折回，流入与进水口同侧的出水堰，污泥回流位于池底，与水流方向平行，设计流态如图1所示。该种池型尚在初步推广期，迄今为止，未见到关于此种沉淀池内流态的试验和模拟数据。折流式沉淀池同周边进水、周边出水沉淀池原理相似，对于后者，马鲁铭等。通过数值模拟、生产试验等多种手段证明了池内存在短流和死区，生产能力不及同规模辐流式沉淀池，西安市污水处理厂周进周出沉淀池得到了同样的结论，折流式沉淀池是否会出现短流和死区同样值得关注。图1折流式沉淀池设计流态Fig．1FlowpaRerninbafledsedimentationt．a．．．n．—k—基金项目：国家高技术研究发展计划(863)项目(2002AA601270)；上海市科委攻关项目(042312067)；上海市重点学科建设项目·58·维普资讯http://www.cqvip.com第4期屈强，等：折流式沉淀池流态模拟第21卷为此以FLUENT作为工具，采用湍流模型对折流式沉淀池内流态进行数值模拟。某大型污水处理厂处理能力为50×10m／d，共有折流式二沉池32座，分成4组，每组8池。单池面积为540m，实际长为12m，深为5m，设计流量为846m／h，水力表面负荷为1．57m／(m·h)，平均停留时问为2．55h，回流比为75％。1数学模型与边界条件二沉池本质上属于一个固液两相流反应器，但由于混合液固体质量浓度不超过0．3％，固体颗粒的密度在1．015～1．034kg／m之间，粒径在10～70m之问J，从流体力学的角度看，固相与液相密度非常接近，固体浓度很低，直径很小，具有非常好的跟随性，故可以认为只有液相场对固体颗粒运动产生影响，反之无影响，可以简化为单相流场计算。由于折流式沉淀池结构对称，可以简化为二维计算，整个流场控制方程如下所述J。连续性方程：+Ov：0(1)a戈a、方向动量方程：+“+：——十“——十——=afOxOyl，方向动量方程：+“+：l，一+dfdOyPOy2—2(+)(3)doy式中t——