污水厂二维沉淀池水流和悬浮物运动数值模拟_曾光明

中国环境科学2002,22(4)：338~341ChinaEnvironmentalScience污水厂二维沉淀池水流和悬浮物运动数值模拟曾光明*,葛卫华,秦肖生,黄国和,李建兵(湖南大学环境科学与工程系,湖南长沙410082)摘要：以典型城市污水处理厂平流矩形沉淀池速度和浓度分布计算为例,利用涡量－流函数法建立控制方程,并以有限差分法中的控制容积法对方程进行了离散,求出速度分布场后,利用二维浓度迁移方程对沉淀池浓度分布进行了计算.通过与实验数据的对比,验证了方法的有效性与可行性.另外还对沉淀池数值模拟的应用进行了初步探索.关键词：沉淀池；数值模拟；涡量；流函数中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-6923(2002)04-0338-04NumericalmodelingonthemovementofwaterandSSintwo-dimensionalsedimentationtanksofsewagefactory.ZENGGuang-ming,GEWei-hua,QINXiao-sheng,HUANGGuo-he,LIJian-bing(DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,HunanUniversity,Changsha410082,China).ChinaEnvironmentalScience.2002,22(4)：338~341Abstract：Usingthedistributingcalculationofvelocityandconcentrationinsedimentationtankofstrato-rectangleofmunicipalsewagefactoryasanexample,governingequationswereestablishedwithvorticiy-streamfunctionmethod,anddispersedtheequationswithvolumecontroltechniqueofthefinitedifferencingmethod.Afterfiguringoutthedistributionfieldofvelocity,theconcentrationdistributioninsedimentationtankwascalculatedusingtwo-dimensionalconcentrationtransportequation.Thevalidityandfeasibilityofthemethodwasverifiedthroughcomparingwithexperimentaldata.Furthermore,tentativeexplorationofapplyingthenumericalsimulationofsedimentationtankswasalsocarriedout.Keywords：sedimentationtank；numericalsimulation；vorticity；streamfunction随着计算机技术与实验水平的提高,沉淀池数值模型仿真能力逐渐加强[1,2].Schamber和Larock[3],Imam等人[4],Adams和Rodi[5]等都曾应用紊流模型对二维初沉池的速率场进行了模拟研究.Zhou和Mccorquodale[6]等建立的数值模型对沉淀池沉淀物浓度进行了计算与分析,同时还利用改进的k-ε紊流封闭模型对二沉池泥沙引起的密度流进行了模拟研究.在国内,涉及沉淀池数值模拟的研究尚不多见.作者以典型矩形沉淀池速度和浓度分布计算为例,利用涡量-流函数法建立控制方程,并用控制容积法对方程进行了离散,求出速度分布场后,利用二维浓度迁移方程对沉淀池浓度分布进行了计算.最后对沉淀池数值模拟的应用进行了初步探索.1模型控制方程及其离散1.1计算对象一般来说,沉淀池内水流流动是三维的,然而模拟过程更多的是考虑垂直截面速度对悬浮物迁移的影响,故二维模拟是可行的.图1是一典型平流式矩形沉淀池的构造.1.2涡量-流函数方程沉淀池中悬浮物迁移的主要特征是紊流混合,而对于紊流不可压缩黏性流体二维流动的基本方程组就是雷诺方程与连续方程[7],由于求解上的困难,通过引入涡量与流函数,把基本方程组中的压力梯度项从动量方程中消去.紊流涡量-流函数方程如式(1),式(2)所示[8]:ωωωω~~1~)~~(~)~~(~~2∇+∂∂−∂∂−=∂∂eRyvxut(1)收稿日期：2001-11-14基金项目：国家自然科学基金资助项目(70171055,50179011);高等学校优秀青年教学科研奖励计划项目*通讯联系人4期曾光明等：污水厂二维沉淀池水流和悬