污水处理搅拌机的数值模拟与实验研究

论文摘要

污水处理是当今环境保护部门和企业解决环境污染中废水污染的一项重要措施,城市污水处理设施已成为现代化城市经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分。污水处理搅拌机作为主要的污水处理设备,它是一种新型、高效的污水处理搅拌机械,用途极广,适用于工业和城市以及农村污水处理场曝气池和厌氧池污水的处理。叶轮是搅拌过程的主要换能器件,它将旋转的机械能转化为流体的动能,叶轮的结构形状和运转情况是决定搅拌流场分布和能量转化效率的重要因素。因此,非常有必要利用现代设计方法研究开发高效的污水处理搅拌机,并对污水处理搅拌池内的流场进行研究。由于污水处理搅拌机叶片的设计理论较为缺乏,本文尝试借鉴轴流泵与船用螺旋桨的转轮设计理论来设计污水处理搅拌机叶片。主要研究工作和成果包括:(1)简要总结了翼型叶轮的三种常用设计理论,并对他们的特点进行了分析,在此基础上利用水力设计软件设计了一种污水处理搅拌机叶片。(2)利用CFD软件FLUENT,采用多重参考系法,进行了污水处理搅拌池内流体流场的数值模拟,分析了流场的宏观规律、速度特性。得出结论:该污水处理搅拌机主要产生轴向流。(3)通过改变污水处理搅拌机的设计参数或安装参数,分组进行CFD数值模拟,对数值模拟结果进行对比分析后发现:(a)污水处理搅拌机偏离窄边,以15°安装时,污水处理搅拌机服务面积最大,池内流体最能达到搅拌要求;(b)理论分析得出污水处理搅拌机搅拌污水处理池时,其推力与功率的计算公式,同时得出推力与流体密度成正比的结论。并利用FLUENT 6.3数值模拟验证了这点;(c)通过分析和对比有/无导流壳污水处理搅拌机分别搅拌的污水处理池内流体的流场分布,得出导流壳的作用主要是轴向导流作用,且减少了池壁边界对流体的影响。这些研究为污水处理搅拌机的优化设计提供理论指导与工程指导。(4)对带导流壳的污水处理搅拌机进行了实验研究,搭建实验台,对其推力与搅拌的污水处理池内的流速测量分析,并绘制流场,同时与数值模拟结果进行了对比分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 污水处理搅拌机的介绍
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究情况
• 1.3.2 国内研究情况
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 污水处理搅拌机理论分析
• 2.1 翼型叶片设计理论
• 2.2 污水处理搅拌机推力的理论分析
• 2.2.1 污水处理搅拌机叶片水动力学分析
• 2.2.2 结论
• 2.3 本章小结
• 第三章 污水处理搅拌机的数值模拟
• 3.1 计算流体力学简介
• 3.1.1 FLUENT商用软件
• 3.2 污水处理搅拌机CFD数值模拟方法
• 3.3 污水处理池模拟基本参数
• 3.4 计算模型的三维造型
• 3.4.1 污水处理搅拌机叶片的三维造型
• 3.4.2 污水处理搅拌池的三维造型
• 3.4.3 控制方程
• 3.4.4 求解区域以及边界条件
• 3.4.5 边界条件
• 3.5 计算结果及分析
• 3.5.1 污水处理搅拌机安装角度对流场的影响
• 3.5.2 流体密度对流场以及污水处理搅拌机水推力的影响
• 3.5.3 导流壳对流场的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 污水处理搅拌机实验研究
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验理论
• 4.2.1 推力测量系统
• 4.2.2 流速传感器
• 4.2.3 推力测量装置
• 4.3 实验装置
• 4.3.1 污水处理搅拌机安装方式
• 4.3.2 测量流速方案
• 4.4 实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作