一体化氧化沟的三维流场模拟与分析_罗麟

一体化氧化沟的三维流场模拟与分析罗麟1,李伟民2,邓荣森2,何泽超3,王涛2(1.四川大学高速水力学国家重点实验室,四川成都610065;2.重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400056;3.四川大学化工学院,四川成都610065)摘要:利用三维k—ε紊流数学模型模拟了一体化氧化沟的流速场,采用移动网格技术模拟转刷的转动及沟内动力的来源。理论计算结果与试验结果的比较表明该数学模拟结果是合理的。此外,对沟内流态进行了详细分析,在水动力学层面提出了对现有设计进行优化改进的措施。关键词:氧化沟;数值模拟;流态分析中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1000-4602(2003)12-0015-04SimulationandAnalysisonThree-dimensionalFlowFieldofIntegrativeOxidationDitchLUOLin1,LIWei-min2,DENGRong-sen2,HEZe-chao3,WANGTao2(1.StateKeyLabofHydraulics,SichuanUniversity,Chengdu610065,China;2.SchoolofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400056,China;3.SchoolofChemicalEngineering,SichuanUniversity,Chengdu610065,China)Abstract:Threedimensionalk-εturbulencemathematicalmodelwasusedtosimulatetheflowfieldofintegrativeoxidationditch,andmovingmeshtechnologywasusedtosimulatethepowersourcesofbrushrunningintheditch.Bycomparisononthetheoreticalcalculationdataandtestresult,itwasindicatedthattheresultofmathematicsimulationisreasonable.Furthermore,detailedanalysiswasmadeontheflowpatternintheditch,andthenthemeasuresofoptimizationandimprovementwereproposedforcurrentdesignfromtheviewofhydrodynamics.Keywords:oxidationditch;numericalsimulation;flowpatternanalysis基金项目:教育部博士点基金资助项目(20010610023);中—芬政府间科技合作项目(川科函Y[2003]3号)一体化氧化沟内混合液的流动通常是由转刷驱动并曝气的,不需其他的外力。为了完全推动混合沟内流体并曝气,必须具有良好的转刷设计。由于沟内流动的复杂性,对沟内流态的深入理解是必要的。1数学模型采用三维k—ε紊流数学模型,其控制方程组如下:连续方程UiXi=0(1)动量方程Xj(UiUj)=-1ρPXi+Xj[(ν+νt)(UiXj+UjXi)](2)·15·中国给水排水2003Vol.19CHINAWATER&WASTEWATERNo.12紊动动能k方程UikXi=Xi(ν+νtσkkXi)+G-ε(3)其中,G为紊动动能的产生项,G=νt(UiXj+UjXi)UiXj。紊动能耗散率ε方程UiεXi=Xi[(ν+νtσε)εXi]+C1εεkG-C2εε2k(4)在壁面附近采用壁函数UpU＊=1κln(EρypU＊μ)-ΔB(5)式中Up———近壁网格点p上的速度U＊———摩阻流速yp———从p点到壁面的距离κ———vonKarman常数(κ=0.42)E———经验常数(E=9.8)μ———分子动力粘滞系数ΔB———糙率函数,ΔB=1κln(1+cksk+s),其中cks为粗糙度常数,取0.5;k+s为粗糙高度,取0.009上述方程组成k—ε模型封闭方程组,模型中的常数取值见表1。表1k—ε模型中的常数取值CμC1εC2εσkσε0.091.441.921.01.32计算域算例中的氧化沟容积为94m3,宽为1.2m,有效水深为3m,沟内直段长为12m,弯道半圆部分半径为1.32m,其示意图见图1。因300m3/d(0.0035m3/s)的污水处理量与沟内流速(设计流速0.3m/s)相比较小,故为简化计算,未计氧化沟的入流及出流,亦即仅对沟内的流体进行了数值模拟。该