沉淀池的三相流数值模拟

１ 数学 模型
ＦＵＮ Ｌ Ｅ Ｔ中用 于多相 流的数值模拟方法 有欧拉一 欧拉 法和欧
泥浓 度分 布见 图 ２ 。
拉一 拉格 朗 日法 ， 中常用 的是 欧拉一欧 拉法 ， 其 欧拉一 欧拉 法包 含 三种模 型 ， 分别是混 合 物模 型 ， 限体 积模 型和欧 拉模 型 。混 有
合 物模型是一种双流体 模型 ， 它通过假 定在短空 间尺度上 局部 的
边界条件定义 ： 人流 处采用 速度人 口； 上清 液 和污泥 出流 口
均采用压力 出 口； 底 和边 壁为 固体 壁 面 ， 用 标 准壁 面 函数 。 池 采 应用有 限体积法求解微分方程 ， 压力与速度耦合方程采用 Ｓｍ ｌｃ ｉ ｐｅ
收 稿 日期 ：０ １０ — ２ １ －４ １ ４
第３ ７卷 第 ２ ３期
・
１４ ・ ２
２ ０ １ １年 ８ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ Ｅ Ｔ ＨＩ Ｃ ＵＲＥ ｒ
Ｖｏ Ｊ ７ Ｎｏ ２ ｌ３ ． ３ Ａｕｇ ２ ． ０１１
文章编 号：０ ９ ６ ２ ２ １ ） ３０ ２ － ２ １０ － ８５（０ ２ － １４ ０ １
动量 方程 ：
警警 ＝一老 ｘ ａ ０ ａ 等。 ￡ ｘ ‘ ｘ ０ ， ＋ ｆ ＋ Ｐ
标准 一ｓ双方程模型 ， 紊动 能 ｋ和紊 动能耗散 率 ｓ的方程依
次为 ：
ａ 数值模拟得 到的污泥浓度 分布图 ）
詈 ＝［＋胁】 ～ ＋差砉（ 以＋ 【 ｒｋ 。 【 ／ ，． ， ］Ｊ Ｏ 詈 ［＋，］ （ 一 ） ＋ 毒（ 。＋ ｃ Ｃ。 考 叼ｒ ｝ ２ ＂６ ／ ｔ ／ ０ ｓ
２ 模 型可 靠性 的验证
由于辐流式沉 淀池是关 于池 中轴 对称的 ， 可将 沉淀池 中三 则 维流态简化为二维流态模型 ， 只需 描述沉淀 池二维径 向断面上 流 体流速和悬浮物浓度 的分布 。Ｗｅｓ ｌ 实验 ｎ 。 在一个实际运 行的 ｌ 。 是 辐流式沉淀池 进行 的（ 淀池尺 寸见 图 １ 。实 验 中人流 流速 为 沉 ） ００ ／ ， ．４ｍ ｓ人流悬浮固体浓度为 ２００ｍ ／ 。 ０ ｇ Ｌ
辐流式沉 淀池 由于其 占地小 、 运行 稳定等优点 而得到 广泛应 法求解 。网格划分采 用结 构化 四边形 网格 ， １为 结构示 意 图。 图
用 ， 内外许多专家学者应用 Ｃ Ｄ技术对辐流式沉淀池等各种污 初始 时刻假定 池内悬浮物的体积分数为零 ， 国 Ｆ 监测 出 口断面 平均污 水处 理反应器 的流场进 行了数值 模拟 ， 并取得 了非 常有价值 的研 泥浓 度 ， 直到出水和底 部 污泥质量 等 于进水 污泥质 量 ， 以此作 为 究成果 ］ 。 模拟计算结束 的判 断标准 ， 数值模 拟和 Ｗｅｌ实 验分别 得 出的污 ｌ ｓ
沉 淀 池 的 三 相 流 数 值 模 拟
侯 小 能
摘 要： 采用 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ中多相流 Ｍｉ ｕｅ 型对辐 流式沉淀池 内流场、 ｘ ｒ模 ｔ 悬浮物浓度场进行模拟 ， 经分析 认为不 同粒径的颗
粒 可 设 置 为 不 同的 相 ， 此 实现 了对 沉 淀 池 的三 相 流 数 值 模 拟 。 据 关 键 词 ： 值 模 拟 ， 相 流 ， 粒 粒 径 数 三 颗 中 图 分 类 号 ：７ ３ Ｘ ０ 文献标识码 ： Ａ
４ 有效 水深 ４４ｍ， ６ｍ， ． 进水浓度 ３５０ｍ ／ ４００ｍ ／ ， ０ ｇＬ一 ０ ｇ Ｌ 通过一
Ｃ ｋ
了 。
在 一 双方程模型 中引用 了 ５个模 型常数 ， 其值依次是 Ｃ ＝ 周 的监测发现 出水浓度在 ６ ５ｍ ／ ． ｇ Ｌ一７ ５ｍ ／ ． ｇ Ｌ之 间波动 。数值
Ｏ ｕｌ
＝ 一 。
ｂ） ｌ Ｗｅｌ 验 得 到 的 污 泥 浓度 分 布 图 ｓ实
图 ２ 沉淀池 内污泥浓度分布 图
对 比图 ２ ） ｂ 可知数 值模拟值 与实验值 吻合较好 ， 因此采用该 数值模型对沉淀池进行模拟是可靠的 。
来自百度文库
３ 沉 淀池 的数值 模拟
选用计算实例 为某污水 厂 的辐流式 沉淀 池 。该沉 淀 池直径
０ ０ ， ｌ １４ ， ２ １ ９ ， ＝１０ ６ ＝１ ３ ．９ Ｃ ＝ ．４ Ｃ ＝ ．２ ． ，： ． 。上述模 型 以各 向同 计算 中污泥的密度为 １１０ ｋ／ 动 力粘度 取 ２ ０ ｇｍ ， ｅ—Ｏ ａ・ ， ５Ｐ Ｓ 进 性紊动粘性为基础 。
口流 速 ００ ／ 。 ．５ｍ ｓ
图 ３ 粒径 （０． ，０ ｍ） ２ Ｉ ２０ 柚 的颗粒 浓度等值线 图（ 单位 ： ／ ） ｍｇ Ｌ
作者简介： 侯小能（９４ ） 男， １８ ． ， 合肥工业大学土木工程与水利 学院硕士研究生 ， 安徽 舍肥
２００ ３０９
第 ０ １ １年 ２ ７卷 ３期 ２ ３ 第 ８月
侯小 能 ： 沉淀池的三相流数值模拟
・１ ５・ ２
不同 的颗粒粒径对 沉淀池去除率有 着很大 的影 响 ， 淀池 中 区 ， 沉 除了粒 径为（ Ｏ ｍ，０ ｍ） ， ２ ２ ０ 外 出水 口污泥浓 度 的实测值与 的颗 粒粒径大小不一 ， 在沉淀池数 值模拟 中普遍 的做 法是假 定颗 模拟值相差不大 ， 模拟结果与沉淀池 的实际运行情 况是 比较吻合 所 粒粒 径为某一 固定 值 ， 必然给 数值 模拟 带来 一定 的偏 差 ， 了 的 ， 以运 用三相流模型对沉淀池进行 数值模 拟是可行 的 。在 同 这 为
平衡 ， 来求解混合相 的动量 方程 、 连续 性方 程和第 二相 的体 积分
数方程。因该 模型简单 ， 运算时所需 内存 小且结果 较为可 靠而得
到 了 较 多 应 用 ｊ 。
图 １ 辐流式沉淀池结构示意图（ 单位 ： ） ｍ
连续性方程 ：
韭 ＋
ｄ
＋业 ：０
０ ｚ
０ ｙ