HABR架设不同填料对液相流态影响的PIV实验研究

在复合式厌氧折流板反应器(HABR)架设不同填料和不同进水流量组合的工况下,利用激光粒子图像测速技术(PIV)对HABR的第一格室液相流态进行了研究,测得反应器内升流区关键截面的流场数据,获得了架设不同填料的液相速度、涡量强度与流量的关系曲线;同时研究了相关流场特征,包括速度矢量图、流线图谱和涡量场。结果表明:对于HABR,合理的选择填料类型可以保证良好的进水流态,有效地防止局部沟流和污泥流失,确保HABR高效稳定运行。在本实验条件下,得出在反应器填充悬浮球填料时,反应器整体流态最佳。     

生物倍增反应器气泡流态特性分析

利用激光粒子图像测速技术(PIV)对生物倍增反应器在7种不同进水流量下的气泡流态特性进行了测量和分析,利用特征正交分解方法对所测2个截面的气泡流场进行分解,提取流场中含能大尺度结构。结果表明, 进水流量的增加导致了气泡轴向速度减小,径向速度增大,气泡附壁效应增强;不同进水流量对气泡的扰流影响程度不同,气泡流态的速度场和涡量面积分布存在差异,在特定工况下气泡流场产生了涡旋。上部区域进水流量为0时,1阶模态占能比例最高,约为7.2%;下部区域进水流量为0.18 m3/h时,1阶模态占能比例最高,约为4.5%。低阶特征模态中存在明显的大尺度结构,且大尺度的流动结构与液相混合行为间接相关。当进水流量为0.90 m3/h时,2个截面的涡量面积分布最均匀,气泡死区最少,此时气泡流态最佳。在本试验条件下,进水流量为0.90 m3/h时,反应器整体气泡流态最佳。     

大通湖生态补水周期及流场分布特征分析

后三峡时期,江湖关系深度演变打破了大通湖“西—北进、东—南出”的水力格局。为了研究变化环境下大通湖的生态补水周期以及大通湖的流场分布特征,基于MIKE 21FM构建了大通湖二维水系水动力模型,模拟了大通湖河湖连通及生态补水工程的水动力条件,研究了不同生态补水流量和不同闸控等6种工况下,大通湖的补水周期和流场形态特征,提出了生态补水效率临界点。结果表明,“单进两出”调度方案流速分布的均匀程度优于“单进单出”方案;非灌溉期生态补水流量为20.48 m³/s,明山电排站为10.5 m³/s时,补水周期为95 d,流速介于0.5～5.0 mm/s的湖面积占总面积的79.96%;灌溉期生态补水流量为28.92 m³/s,明山电排站为10.5 m³/s,补水周期为80 d,流速介于0.5～5.0 mm/s的面积占比为87.82%。     

低温低浊水絮凝工艺的数值模拟与响应面优化试验研究

为探究微涡流絮凝工艺处理低温低浊水时,絮凝区流场流态的变化以及水中浊度、COD_Mn、UV₂₅₄的最优去除效果,采用CFD数值模拟探究不同流量(絮凝时间)下絮凝区流场流态,确定最佳絮凝时间;应用响应面中Box-Behnken的中心组合设计方法,研究了流量、混凝剂投加量与涡流反应器投配比及其交互作用对微涡流絮凝工艺去除浊度、COD_Mn、UV₂₅₄的影响。研究表明:随着絮凝时间的减小,絮凝区内平均湍动能、有效能耗散及其变化率逐渐增大,平均涡旋尺度及其变化率逐渐减小,最佳絮凝时间为18.5~13.6 min;投配比是微涡流絮凝工艺的极显著影响因素,且与加药量、流量具有协同作用;微涡流絮凝工艺处理低温低浊水的最佳工艺参数为:流量6.4 m³/h、混凝剂投加量26.8 mg/L、投配比为2(2/5占比HJTM-1型+3/5占比HJTM-2型涡流反应器)。此时,浊度、COD_Mn、UV₂₅₄去除率分别为85.48%、63.84%和55.37%。     

基于响应曲面模型的泵站进水池参数优化方法研究

泵站进水池的结构参数,特别是吸水喇叭管参数取值对泵站整体流态影响很大。本文基于响应曲面模型和CFD数值模拟,以垂直布置的吸水喇叭管悬空高、后壁距和淹没深度为设计变量,以进水池压力场、速度场和涡量场评价指标的加权函数为目标函数,进行2因素和3因素的优化设计分析。研究结果表明,变量之间对进水池流态的交互作用较大,淹没深度对最优悬空高、后壁距的影响不可忽略,且淹没深度与悬空高的交互作用(P=0.0019)较其与后壁距的交互作用(P=0.0696)大。针对本文垂直布置型式的吸水喇叭管,推荐最优参数组合是悬空高0.77 D,后壁距0.37 D,淹没深度2.19 D。在该组合下实际值与预测值误差不大于4.82%,与泵站设计规范推荐值相比,其计算域水力损失降低0.98%,流速分布均匀度提高5.92%,机组纵剖面涡量分布特征值降低3.1倍,大大改善了进水池的流态。这表明所建立的二次多项式响应面模型能够较精确地表示设计变量与目标函数之间的关系,基于响应曲面模型的优化设计方法可有效用于泵站进水流场的流态优化。     

不同进水流速对泵站进水池漩涡的影响

为探究泵站进水流速大小与泵站进水池水流流态、漩涡的产生与发展变化规律,结合泵站实际运行情况,建立引渠、前池、进水池和进水管的泵站物理模型和湍流数学模型,采用VOF模型和非定常的SST k-ω湍流模型对9种不同流速的泵站进水水流特性进行数值模拟,分析不同进水流速的泵站进水池水流流场分布、漩涡涡量的变化及分布规律.研究结果...     

井筒式泵装置水力特性数值模拟

基于k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用商用CFD软件,对井筒式泵装置进行了三维流动数值仿真计算。通过对性能曲线的分析,发现设计工况下,进水管直径较大时效率较高。对比进出水损失发现,进水损失随着流量增大而增大,出水损失随着流量增大先减后增。通过分析VX云图和流线图,发现进口管直径较小时,流速较大,形成的漩涡也较大,漩涡区域涡量为大管径时的2倍以上。对叶轮进口断面轴向流速分布均匀度的分析,得到进水管较大时,叶轮进口的流速均匀度较高,但在流量超过330L/s的工况下差异不明显。从喇叭管进口断面平均涡量的计算分析中,得到喇叭管进口断面平均涡量随着流量增大而增大,且进水管直径较大时,平均涡量小,减小超过20%。     

急流小流量旋流式竖井涡室流态试验研究

旋流式竖井是一种比较良好的泄水道,目前研究工作集中于急流大流量或来流为缓流小流量情况。某尾矿库排洪管为急流小流量,通过水工模型试验研究这种水流的涡室体型流态。针对急流小流量旋流,对圆弧、椭圆曲线涡室体型进行比较择优,选取了比较合适的体型;并对试验中出现的问题进行了分析研究,主要解决了涡室流态问题,经优化,所推荐椭圆体型涡室流态理想,满足工程设计要求。     

上流式分段厌氧反应器内流场的三维数值模拟研究

针对上流式分段厌氧反应器(Up-flow Staged Sludge Bed)内部流场流态的复杂情况,采用多相流欧拉模型通过数值模拟考察了进水方式、挡流板结构形式、进水流速对反应器内三维流场的影响。模拟结果表明:在局部进水和较宽回流缝(50 mm)的结构形式下反应器内呈现较好复合流态;并且进水流速为0.001 m/s时,反应器内污泥床层不仅保持较好的浮动状态,而且污泥床层上部形成了颗粒污泥的悬浮区域,实现反应器内废水与颗粒污泥的充分接触和混合。     

不同进水流速对泵站进水池漩涡的影响

为探究泵站进水流速大小与泵站进水池水流流态、漩涡的产生与发展变化规律,结合泵站实际运行情况,建立引渠、前池、进水池和进水管的泵站物理模型和湍流数学模型,采用VOF模型和非定常的SST k-ω湍流模型对9种不同流速的泵站进水水流特性进行数值模拟,分析不同进水流速的泵站进水池水流流场分布、漩涡涡量的变化及分布规律。研究结果表明:当进水流速为0.322 2～0.564 2 m/s时,泵站表面漩涡的强度随进水流速的增大而增强:当进水流速为0.322 2～0.401 6 m/s时,进水池出现Ⅲ、Ⅳ型漩涡;当进水流速为0.483 5 m/s时,进水池出现Ⅴ型漩涡;当进水流速为0.520 8～0.564 2 m/s时,进水池出现Ⅵ型漩涡。将数值计算结果与模型试验结果进行对比,两者基本吻合。研究结果可为泵站工程设计提供参考。     

水平吸水管悬空高对泵站进水池进水特性影响

针对某些大型泵站进水池进水特性不良,泵站运行效率严重下降等问题,采用ICEM-CFD软件来构建泵站进水池三维模型并进行网格划分,利用计算流体力学中的Fluent软件,基于标准的k-ε湍流模型,对泵站进水池流态进行了数值模拟,并研究了水平吸水管悬空高对泵站进水池进水特性的影响。研究结果表明:水平吸水管悬空高与泵站进水池的进水特性关系密切,适当增加水平吸水管悬空高能够明显改善进水池的进水特性,然而一味地增大吸水管的悬空高的做法并不可取,因此,推荐泵站水平吸水管的悬空高取值范围为1.2~1.5 D。     

虹吸管道水气两相流动过流能力的试验分析

通过对虹吸式输水管道输水能力的试验研究,观测到不同安装高度下的气液两相流现象。量测了不同安装高度相应水位差下的流量的大小,并分析了流量变化规律。研究发现,随着安装高度的增大,虹吸管内气液两相流流型由气泡流转化为气团流。分析原因发现在安装高度h_s=2 m时,流量减小率与面积减小率相等,表明气液两相流时过流面积小于液相满流时过流面积是流量的减小的主要原因;当安装高度h_s2 m时,流量减小率与面积减小率相差较大,表明流量的减小不仅与面积变化有关,还应与沿程阻力系数有关。掺气浓度的增大使管内压降增大,压降的增大导致了管内阻力增大,从而使沿程阻力系数增大,而导致流量减小。     

水跃对水平管弹状流压力降的影响

本文对气、液两相分别应用一维形式的质量守恒方程和动量守恒方程。假设各流动物理量在水跃面上具有第一类间断点,推导出水平管弹状流中水跃压降的表达式。对以水和空气为流动介质,内径为２５．８ｍ,５１,２ｍｍ和３００ｍｍ的三种管道,在液相表观流速为１．１１ｍ／ｓ,气相表观流速为２￣１０ｍ／ｓ的范围内,计算出了水跃压降的大小随Ｌｏｃｋｈｒｔ－Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉ参数的变化关系,分析了水跃压降对水平管弹状流摩擦     

Phosphorus recovery from anaerobic digester supernatant by struvite crystallization: model-based evaluation of a fluidized bed reactor

This paper is an attempt to model the UBC (University of British Columbia) MAP (Magnesium Ammonium Phosphate) fluidized bed crystallizer. A mathematical model is developed based on the assumption of perfect size classification of struvitre crystals in the reactor and considering the movement of liquid phase as a plug flow pattern. The model predicts variation of species concentration of struvite along the crystal bed height. The species concentrations at two extreme ends (inlet and outlet) are then used to evaluate the reactor performance. The model predictions provide a reasonable good fit with the experimental results for both PO4-P and NH4-N removals. Another important aspect of this model is its capability of predicting the crystals size and the bed voidage at different height of the reactor. Those predictions also match fairly well with the experimental observations. Therefore, this model can be used as a tool for performance evaluation of the reactor and can also be extended to optimize the struvite crystallization process in the UBC MAP reactor.     

进水流道对泵装置性能影响的数值模拟分析

为了研究进水流道内部流态对泵装置性能的影响,采用CFX三维软件对高度及喉部高度大、高度及喉部高度小的两种肘形进水流道装置的三维流场进行数值模拟,分析比较了这两种肘形进水流道与泵装置的水力特性。方案1肘形进水流道的高度大,挖深大,土建投资大,且喉部高度大,弯肘段脱流严重;方案2肘形进水流道高度小,土建投资小,同时喉部高度小,有效抑制了弯管脱流问题。结果表明:在最优工况下(Q=320 L/s),肘形进水流道方案2比方案1的流道出口断面速度均匀度高1. 6%;速度加权平均角度高7. 34°;进水流道水力损失降低0. 128 m;装置效率提高4. 22%;装置高效区流量范围拓宽40%。因此,为了保证泵装置高效、安全地运行,应充分重视在实际工程中进水流道对泵装置性能的影响以及肘形进水流道喉部高度对进水流道流态的影响。     

油-水两相流流型转换研究

本文根据钢管内油—水两相流流型特征，建立了新的油—水两相管流流型的转换准则。它包括：分层流型的稳定性准则、分散流型和混合流型的转换边界及反相界线。流型转换准则得到了白油—水和柴油—水两相流的流型实验验证，而与有机玻璃管里的油—水两相流型的分布有一定的差异，这种差异与P．Angli的不同管材时的流型对比实验结论一致。这些都表明本文的流型转换准则能很好的预测钢管内的油—水两相流流型，这对于油田混钻管路的设计和运行具有十分重要的经济价值。     

EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATIONS ON HORIZONTAL OIL-GAS FLOW

Experiments were carried out to investigate the characteristics of oil-gas flow in a horizontal pipe on a large scale (with the inner diameter D = 125 mm). With the experimental data, the flow patterns were presented. Through the analyses for the flow regime transition, it was found that there was a critical superficial velocity of liquid phase for the flow regime transiting from stratified flow to slug flow. The slug flow could not occur until the superficial velocity of liquid phase was higher than the critical velocity. For the flow pattern transiting from stratified to slug flow, the transmitting velocity of gas phase decreases with the augmentation of superficial velocity of liquid phase. On the basis of the experiments, numerical simulations of different flow patterns and their transitions were performed with the use of the Volume Of Fluid (VOF) technique. The results of the computations are shown to match well with the measured data in the experiments.