计算流体力学模拟技术在污水处理构筑物中的应用_沈鹏飞

计算流体力学模拟技术在污水处理构筑物中的应用沈鹏飞1，王红武1，马鲁铭1，张善发2(1．同济大学城市污染控制国家工程研究中心，上海200092;2．上海市城市建设设计研究院，上海200125)摘要:计算流体力学模拟技术是通过计算机模拟获得流场相关信息的技术，将其应用于污水处理构筑物可以协助研究、设计和优化。介绍了计算流体力学模拟技术在各类污水处理构筑物中的应用现状，总结了计算流体力学的模拟步骤、作用和不足，并提出了建议。指出将模拟和试验相结合，是研究和优化污水处理构筑物结构的一条新思路。关键词:计算流体力学;污水处理;构筑物;模拟中图分类号:TU992文献标识码:B文章编号:1000－4602(2011)22－0036－06ApplicationofComputationalFluidDynamicsSimulationinWastewaterTreatmentStructuresSHENPeng-fei1，WANGHong-wu1，MALu-ming1，ZHANGShan-fa2(1．NationalEngineeringResearchCenterforUrbanPollutionControl，TongjiUniversity，Shanghai200092，China;2．ShanghaiUrbanConstructionDesignandResearchInstitute，Shanghai200125，China)Abstract:Computationalfluiddynamics(CFD)simulationtechniqueisatechniquetoobtainin-formationconcerningflowfieldbycomputationalsimulation．TheapplicationofCFDsimulationtechniqueinwastewatertreatmentstructuresmayprovideusefulinformationforresearch，designandoptimization．ThecurrentapplicationsituationofCFDsimulationtechniqueinwastewatertreatmentstructuresisintro-duced，thesimulationsteps，functionsandlimitationsofCFDtechniquearesummarized，andseveralsuggestionsaremadeaswell．Itisalsopointedoutthatthecombinationofsimulationandexperimentisanewstrategyforstudyingwastewatertreatmentstructures．Keywords:computationalfluiddynamics(CFD);wastewatertreatment;structures;simula-tion基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07317－001)污水处理构筑物是指具有污水净化功能的构筑物，如格栅、沉砂池、沉淀池、曝气池、消毒池等。一直以来，对水处理构筑物的设计主要是依据设计手册和规范，研究则主要采用试验测定方法。但是，构筑物中某些条件的变化(如进出口形状和大小、挡板尺寸等)，对构筑物的处理性能可能会有较大影响，而这些影响却难以通过试验测定来逐一检验。尤其是对于生物处理构筑物内部的生物反应过程、生化指标浓度的分布等难以直观表示。所以结合模拟手段便成为研究污水处理构筑物的一条新思路。1计算流体力学模拟技术计算流体力学模拟技术计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，·63·第27卷第22期2011年11月中国给水排水CHINAWATER＆WASTEWATERVol．27No．22Nov．2011以下简称CFD)是一门发展迅速的学科，最早出现于20世纪60年代。CFD模拟技术通过计算机数值计算和图形显示的方法对物理问题求解，从而获得流场的相关信息(如速度分布、能量分布等)，兼有理论性和实践性的双重特点［1］。CFD的应用已遍及航空航天、化学工业、汽车设计、机械设计等各个与流动相关的行业和领域，但在水处理领域的应用起步较晚［2～6］。目前CFD软件包较多，包括Phoenics、CFX、Flu-ent、Start－CD等。其中Fluent的应用最为广泛，占美国市场的60%左右［1，2］。此外，CFD还包括前处理软件(如GAMBIT)和后处理软件(如Tecplot)。其中前处理软件主要用于几何建模和划分网格;后处理软件则主要用于绘图，即根据解的数据