侧伸式高浓度厌氧反应器流场的数值模拟

侧伸式高浓度厌氧反应器流场的数值模拟第34卷第3期大连大学学报Vol.34No.32013年6月JOURNALOFDALIANUNIVERSITYJun.2013侧伸式高浓度厌氧反应器流场的数值模拟王卫京，陈理（大连大学环境与化学工程学院辽宁大连116622）摘要：本文对侧伸式高浓度厌氧反应器流场进行了数值模拟，计算采用多重参考系法和标准k-ε湍流方程。模拟结果表明，由于高浓度流体具有牛顿流动特性，流体只在反应器底部形成了循环流动，在整个反应器内的湍流特性分布不均匀。在相同条件下，牛顿流体能够形成整体循环，湍流特性比较均匀。关键词：搅拌；高浓度厌氧反应器；数值模拟中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1008-2395(2013)03-0069-03收稿日期：2012-10-11基金项目：辽宁省教育厅科学技术研究项目资助(2009A068)。作者简介：王卫京(1971-)，男，副教授，博士，研究方向：化学反应工程。厌氧反应器广泛应用于各种废水的处理过程中，侧伸搅拌是厌氧反应器常用的搅拌方式。一些废水如养殖场废水含有较高浓度的固体，这些高浓度废水具有很强的非牛顿流动特性。但目前对于高浓度非牛顿流体搅拌的研究尚未充分展开，大部分这类型厌氧反应器设计使用都参照牛顿流体的搅拌过程，结果往往不十分理想。近年来，国内外学者开始用计算流体力学对厌氧反应器内的流场进行数值模拟。RobertN.等学者用Fluent软件模拟了厌氧反应器内流动，模拟结果显示，厌氧反应器的操作参数模拟值和计算值吻合较好[1-2]。王卫京等[3-4]对双层桨高浓度厌氧反应器和侧伸搅拌厌氧反应器流场进行了模拟，并得出一些重要结论。但总体上来说，高浓度厌氧反应器内流动还未得到充分研究，距离生产实际的要求还相差较远。1流体力学模型本文对总固体浓度为14%猪粪废水厌氧反应器进行模拟，在该浓度下，猪粪废水为假塑性流体，其稠度系数K为3.7，流变指数n为0.2[5]。假设流动为稳态不可压缩流动，厌氧反应器内的湍流用k-ε方程进行计算。连续性方程为：0udiv动量方程为：peffgrad)ugradμdiv()uudiv(在方程中lteff2kCtk和分别由下述两方程得出：Gkkkeff)graddiv()udiv(kCGCeff)()graddiv