基于CFD的臭氧接触池结构优化及臭氧化过程的模拟

发布时间：2023-11-12 19:48

　　随着给水工艺的不断提高以及水环境所面临的复杂、多元的形势,水质标准的规定也越来越严格,加上我国空间水资源分布多样性的特点,导致不同地方的给水工艺不尽相同。目前,常规的基本给水处理工艺已经很难再满足越发严格的出水水质标准,它难以去除水体中的痕量有机污染物和两虫(隐孢子虫及贾第虫),因此迫切需要对水源水深度处理。而臭氧工艺以其对有机物和两虫的高效去除以及良好的气味控制在国内外给水厂中被越来越广泛地采用。但是由于臭氧的强氧化性以及其池体封闭,很难对其内部流态、臭氧浓度分布和相关化学反应有一个详细的了解与评估。且目前普遍使用的隔板接触池在运行中存在大面积的回流与死水区,严重影响了其运行效率。因此研究池内的流态、液相臭氧浓度分布及设计水力优化结构则愈发迫切和必要。计算机技术的进步使得计算流体动力学(CFD)成为了研究反应器运行状况和优化其水力结构的有效工具。由于臭氧接触池难以通过大型实验进行研究,本文即运用CFD技术来模拟臭氧接触池内的流态、设计合适的水力优化结构以及对池内的臭氧气液传质、衰减及其液相的浓度分布状况进行完整建模及数值模拟,以期对臭氧接触池的实际运行和改建提供一定的指导和借鉴。首先...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 臭氧给水处理工艺简介
    1.3 CFD技术概述及在水处理工艺研究中的应用
    1.4 CFD对臭氧接触池内流场的表征与建模
        1.4.1 接触池运行效率评价指标的建立与发展
        1.4.2 对接触池运行参数及结构的优化
        1.4.3 国内外对臭氧在池内的传质、衰减及化学反应的模拟情况
    1.5 问题的提出和意义
        1.5.1 问题的提出
        1.5.2 研究的目的和意义
    1.6 主要研究内容和技术路线
        1.6.1 主要研究内容
        1.6.2 主要创新点
        1.6.3 技术路线
2 数值模拟模型的建立
    2.1 Fluent中的湍流模型及数值求解算法
        2.1.1 fluent湍流模型的比较
        2.1.2 fluent求解算法的比较
    2.2 模型的建立
        2.2.1 几何模型的建立
        2.2.2 网格的划分
        2.2.3 边界条件的确定
    2.3 池体的运行效率评价指标及选取
        2.3.1 液龄分布函数
        2.3.2 出水CT₁₀值
        2.3.3 CFD-CT值
3 池内流场模拟及水力效率优化
    3.1 原池型流场模拟
    3.2 RTD曲线的绘制和t10/T的计算
    3.3 结构优化方案及结果
        3.3.1 加设横向双挡板
        3.3.2 加设网格
        3.3.3 加设格栅
        3.3.4 各优化方案水力效率对比
    3.4 水力模型验证
        3.4.1 实验模型制作
        3.4.2 验证方法的选取及验证结果
    3.5 本章小结
4 接触池内臭氧传质与衰减模拟及CT值计算
    4.1 气液两相流模拟方法选择
    4.2 气体在接触池中的运动及受力分析
        4.2.1 气泡的流态
        4.2.2 气泡的受力
    4.3 臭氧接触池内臭氧的主要反应分析
        4.3.1 臭氧传质理论
        4.3.2 臭氧衰减
    4.4 两相流及臭氧传质及衰减的模拟过程
        4.4.1 模型的建立
        4.4.2 边界条件设置
        4.4.3 利用UDF表征衰减与传质
        4.4.4 各优化池型内的臭氧浓度分布
    4.5 各池型CFD-CT值的求解
    4.6 鼓泡柱验证实验
    4.7 本章小结
5 结论与展望
致谢
参考文献
附录 作者在攻读学位期间发表的学术论文



本文编号：3863828