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《移動床生物膜反應器水力特性的數(shù)值模擬 》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、移動床生物膜反應器水力特性的數(shù)值模擬論文季民1董廣瑞2霍金勝1宋亞文1丁衛(wèi)東3摘要：應用二維N—S方程對移動床生物膜反應器中的流場進行了數(shù)值模擬。該方法能夠描繪出反應器內(nèi)各點的水流速度以及渦流函數(shù)分布，且模擬結果與試驗測定結果吻合得較好。關鍵詞：移動床生物膜反應器水力特性數(shù)值模擬NumericalSimulationforHydraulicCharacteristicsinMovingBedBiofilmReactor Abstract：NumericalsimulationensionalN-Sequationforthefloovi
2、ngbedbiofilmreactor.Thismethodcandescribetheulationresultingoodcoincidenceovingbedbiofilmreactorhydrauliccharacteristicsnumericalsimulation 對移動床生物膜反應器(MBBR)采用數(shù)值模擬方法研究其在廢水處理中的水流特性，將對反應器構造的合理設計以及不同操作條件下的流態(tài)分析有所幫助。1反應器的構造與流速測定方法 反應裝置如圖1所示?！ 》磻鞯某叽?長×寬×深)為300mm×100mm×800mm，
3、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，將反應器立面按有效容積劃分為8行6列的均勻網(wǎng)絡。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器內(nèi)各個網(wǎng)絡中心點處的流速?！ 》磻鲀?nèi)流速的測定方法是：設定一定的曝氣方式、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)值模擬相對應的試驗條件是：供氣氣壓為0.45M
4、Pa，氣量為0.05m3/h，水量為24L，曝氣強度為2.08m3/(m3·h)，填料體積填充比為30%；曝氣頭置于反應器內(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 ?、偌僭O反應器內(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反應器為長方形，忽略反應器厚度對流態(tài)的影響，此時可將反應器水力模擬簡化為二維平面流； ③由于反應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； ④曝氣頭位于反應器左下方，假
5、設曝氣的氣壓和氣量在滿足向反應器內(nèi)生物供氧的同時，還能滿足反應器廢水及填料旋轉(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
6、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)絡的劃分如圖2所示。 渦傳輸方式：〔Lh(Ψij
7、)-（2h／Re）〕ζij=0 流函數(shù)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)方程作中心差分，其迭代格式為： 其中β=Δx／Δy，ω為松弛因子，其值域為(0，2)。 對于水平方向速率為u和垂直方向速率為v的差分迭代格式為： 2.2.2 邊界處理及壁渦公式 由假設③可得，反應器4個邊界均按固壁處理，但
8、左邊側的擬合速率始終為常數(shù)，從而可得二階精度的壁渦迭代公式： 對于水平方向有Δn=Δx；對于垂直方向有Δn=Δy。移動床生物膜反應器水力特性的數(shù)值模擬:2.2.3 初始條件的處理
