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《工學工業(yè)設(shè)計畢業(yè)論文 移動床生物膜反應(yīng)器水力特性的數(shù)值模擬》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、湖南師范大學本科畢業(yè)論文考籍號：XXXXXXXXX姓名：XXX專業(yè)：工學工業(yè)設(shè)計論文題目：移動床生物膜反應(yīng)器水力特性的數(shù)值模擬指導老師：XXX二〇一一年十二月十日論文作者：季民1董廣瑞2霍金勝1宋亞文1丁衛(wèi)東3摘要：應(yīng)用二維N—S方程對移動床生物膜反應(yīng)器中的流場進行了數(shù)值模擬。該方法能夠描繪出反應(yīng)器內(nèi)各點的水流速度以及渦流函數(shù)分布，且模擬結(jié)果與試驗測定結(jié)果吻合得較好。關(guān)鍵詞：移動床生物膜反應(yīng)器水力特性數(shù)值模擬NumericalSimulationforHydraulicCharacteristicsinMovingBedBiof
2、ilmReactor Abstract：Numericalsimulationwascarriedoutbyusingtwo-dimensionalN-Sequationfortheflowfieldinmovingbedbiofilmreactor.Thismethodcandescribethewaterflowvelocityandvortexfunctiondistributiononallpointsofthereactor,withthesimulationresultingoodcoincidencewithfi
3、eldtestdata. Keywords:movingbedbiofilmreactor;hydrauliccharacteristics;numericalsimulation 對移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)采用數(shù)值模擬方法研究其在廢水處理中的水流特性，將對反應(yīng)器構(gòu)造的合理設(shè)計以及不同操作條件下的流態(tài)分析有所幫助。1反應(yīng)器的構(gòu)造與流速測定方法 反應(yīng)裝置如圖1所示?！ 》磻?yīng)器的尺寸(長×寬×深)為300mm×100mm×800mm，其有效容積為24L。采用天津大學研制的CLS系列聚丙烯填料，填料內(nèi)徑為10mm，高度
4、為10mm，壁厚為0.9mm，填料內(nèi)部有十字支撐。在水力特性測定試驗中，將反應(yīng)器立面按有效容積劃分為8行6列的均勻網(wǎng)絡(luò)。采用袖珍式超聲波多普勒流量計，通過兩個傳感器測定在不同工作條件下每種反應(yīng)器內(nèi)各個網(wǎng)絡(luò)中心點處的流速。 反應(yīng)器內(nèi)流速的測定方法是：設(shè)定一定的曝氣方式、池型和填料比后，打開進氣閥，并逐漸增大氣壓和氣量到設(shè)定值，使填料在某一供氣水平下剛好開始在全池近似或完全轉(zhuǎn)動，此時描繪其轉(zhuǎn)動情況并測定流速。與數(shù)值模擬相對應(yīng)的試驗條件是：供氣氣壓為0.45MPa，氣量為0.05m3/h，水量為24L，曝氣強度為2.08m3/(m3
5、·h)，填料體積填充比為30%；曝氣頭置于反應(yīng)器內(nèi)左下角。2 數(shù)學模型與數(shù)值計算方法2.1 N—S方程及其簡化2.1.1幾點假設(shè) ?、偌僭O(shè)反應(yīng)器內(nèi)為單相液流(不可壓縮粘性流體)，忽略氣體(曝氣)和固體(填料)對流態(tài)的影響，同時忽略密度流影響； ?、诩僭O(shè)反應(yīng)器為長方形，忽略反應(yīng)器厚度對流態(tài)的影響，此時可將反應(yīng)器水力模擬簡化為二維平面流； ?、塾捎诜磻?yīng)器頂部總是有部分填料聚集，影響了廢水及填料的旋轉(zhuǎn)運動，因而可將頂部邊界簡化為固壁處理；
?、芷貧忸^位于反應(yīng)器左下方，假設(shè)曝氣的氣壓和氣量在滿足向反應(yīng)器內(nèi)生物供氧的同時，還能滿足反應(yīng)
6、器廢水及填料旋轉(zhuǎn)所需的最小驅(qū)動力?！ ∮纱丝蓪⒃搯栴}的求解簡化為二維平面不可壓縮粘性流體的流態(tài)模擬。2.1.2 二維平面不可壓縮粘性流體的N—S方程 對于二維不可壓縮粘性流體，常用N—S方程的渦流函數(shù)法求解，其無量綱形式為： x——水平方向比例坐標［0，1］ y——垂直方向比例坐標［0，1］ u——水平方向速度，m/s v——垂直方向速度，m/s Re——雷諾數(shù) 式(1)為渦傳輸方程，式(2)為流函數(shù)Ψ的Poisson方程，兩式組成了ζ—Ψ的封閉而耦合的方程組，其優(yōu)點在于比初始變量方程組少了
7、一個未知數(shù)和一個方程，從而減少了內(nèi)存要求；另一方面方程的階數(shù)沒有增加(最高仍為二階)，而渦量ζ所滿足的方程為典型的對流擴散方程，流函數(shù)方程為經(jīng)典的Poisson方程，因此求解比較容易。2.2 數(shù)值模擬方法2.2.1渦流函數(shù)法方程的有限差分格式 N—S方程的差分格式是：將反應(yīng)器水平(x)方向劃分為60格，豎直(y)方向劃分為160格，每格是邊長為0.005mm的正方形，即nx=60,ny=160,Δx=Δy=0.005mm。 數(shù)值網(wǎng)絡(luò)的劃分如圖2所示。 渦傳輸方式：［Lh(Ψij)-（2h／Re）］ζij=0 流函數(shù)
8、方程：h2Ψij-ζij=0 其中Lh(Ψij)=uijΔx0+vijΔy0，2h=Δxx+Δyy 對渦傳輸方程作中心差分，其迭代格式為： 其中γ1、γ2分別為內(nèi)點和邊界點渦量迭代的收斂逼近因子，對于內(nèi)點： 對流函數(shù)方程作中心差
