温差对辐流式沉淀池水力特性影响的数值模拟

在同时考虑进水与池内水的污泥质量浓度差异及不同季节进水与池内水的温度差异的条件下,对城市污水处理厂中广泛应用的辐流式二沉池内的异重流现象进行数值模拟,重点研究冬夏季温差导致的异重流对池内流场、速度场及浓度场的影响,为提高沉淀池污水处理效率提供理论支持.选取Mixture模型和Realizable k-ε湍流模型,设初始时刻池内充满水,进水为含一定质量浓度污泥的污水(污泥密度为1 051kg/m3,污水密度为1 000.35kg/m3),并通过设置池内水与进水的不同温差,对沉淀池内冬季与夏季不同时刻各工况下异重流的演变规律进行数值模拟.结果表明:由于温度不同导致水流密度变化,使得夏季低温水进入池内产生下异重流,而冬季高温水进入时产生上异重流;冬夏季由温差导致的异重流的存在,均使沉淀池内产生较大的回流区,夏季沉淀池内形成较大的逆时针旋流,而冬季则在池中部形成逆时针旋流,池后部形成较大的顺时针旋流,异重流导致的旋流作用对沉淀池内水流流态及污水处理效率的影响不容忽视.     

平流式沉淀池二维数值模拟——数学模型及计算方法的验证

建立描述沉淀池内的水流流动、混合与沉淀特性的k-ε双层模型及传质沉降模型,速度与压力解耦时使用了SIMPLE算法,采用交错网格技术布置变量,利用混合有限分析格式来离散求解所建立的数学模型.结合文献中经典的实验结果进行数学模型及计算方法的验证:首先检验了不同雷诺数范围内水流由池底进入时模型的预测能力,与Imam等的速度场 (Re=10900) 及挡板后方回流涡长度 (雷诺数从2500～25000) 进行了比较,验证了模型的有效性;与Imam等的实验及计算所得过流曲线进行了比较,结果表明本文预测的结果精度更高;低浓度污染物<150～200 mg/L时,固相对液相的影响可以忽略,所建立的沉降模型可以预测沉淀池内污染物的去除率,计算结果与其它文献值吻合良好;水流入口从池子中部进入时流场发生了变化,入口处出现了两个旋涡,预测结果也得到了验证.因此作者所建立的数学模型及求解方法可以用来预测沉淀池内低悬浮物固体浓度污水的流场,传质与沉降特性.     

沉淀池水流数值模拟

建立了基于剖开算子法的沉淀池二维水流数学模型和悬浮物输移模型，应用改进特征线法和有限元方法耦合求解该数学模型，并利用实测资料对该模型进行了验证。验证结果表明该模型能够很好地模拟沉淀池中水流的流动以及示踪剂在池内的流动过程。     

不同水位对泵站进水池流态影响的数值模拟

采用Volume of Fluid(VOF)模型对田山泵站进水池进行了三维流场计算,分析了不同水位及开机组合情况下泵站进水池的水流流态.研究发现:泵站低水位运行时,由于淹没深度较小,进水池水面存在较为剧烈的波动;进水池中水流流态发生恶化,出现了水面旋涡和水中旋涡;在附底涡和进水池两侧附壁涡的共同作用下,进水喇叭口正下方存在剧烈的旋涡,对机组的水力性能产生严重的影响.     

韵律沙坝触发的裂流动态性研究

基于3个华南海滩案例分析结果,采用Boussinesq相位解析水动力数值模型,模拟裂流环流,检验裂流对多沟槽浅滩沙坝和不同浪高、浪向的敏感性,计算、分析时均流速、涡量和水位的空间分布. 结果表明,裂流强度与入射波高、裂流槽宽度成正比. 在多沟槽裂流系统中,当大部分水流集中从邻近的较宽通道流出时,较窄的沟槽可能不产生裂流. 模拟结果表明：当入射角达到11° 时,沿岸流会逐渐取代离岸流而占主导地位,不利于沟槽沙坝的持续存在. 由于突变地形导致的波浪不均匀破碎,沙坝边缘附近有强涡旋现象,水流旋度随着波向偏转而明显增强,并且沿沙坝阵列拉伸. 沙坝促进了岸边的波浪增水,且堆积水量随着波角的变大而增加. 随着入射波波向的偏转,裂流槽内没有出现水面凹陷,这从机理上解释了当入射波角略微倾斜时裂流现象不能持续的原因.     

导流明渠流速与底宽及流量的非线性关系

建立了用于模拟导流明渠流场的平面二维水流数学模型,采用局部连续非规则网格划分计算区域,有限体积法求解水深积分方程,显式MacCormack预测-校正格式步进计算.利用物理模型的测量数据对数学模型进行验证,数值模拟结果与测量数据吻合较好,表明建立的数学模型能合理地模拟明渠内的水流.通过模拟一系列底宽导流明渠内的流场,得到了底宽一定时明渠最大流速随流量的变化关系,以及流量一定时明渠最大流速随底宽变化的斜率,进而得到了斜率与流量之间的非线性关系,研究成果可为导流明渠的设计提供依据.     

基于两相流理论的低浓度挟沙水流运动数值模拟Ⅰ—数学模型

从两相流理论出发,对水沙两相间作用力进行分析后认为:对低浓度挟沙水流,仅存在水流与泥沙之间的相互作用,且其主要反映在两相之间存在阻力、附加质量力及压力梯度力.在此基础上建立了低浓度挟沙水流的一般数学模型与简化数学模型,并以简化数学模型为基础,建立了低浓度挟沙水流平面二维数学模型.该模型考虑了泥沙相对水流时均运动的影响,且控制方程形式和已有水沙数学模型相近,因此便于工程计算.     

基于颗粒流的富水岩石冻融后拉伸力学行为研究

为了研究岩石冻融作用下的拉伸力学行为,提出基于孔隙水颗粒和颗粒膨胀的方法模拟岩石孔隙水低温相变膨胀过程,推导得到了孔隙水颗粒体积与温度和未冻水含量的关系方程。然后,采用提出的新方法开展了富水岩石冻融循环和冻融后巴西劈裂数值计算,通过与室内试验结果对比验证了提出的岩石冻融颗粒流方法的可行性和可靠性。计算结果表明：冻融循环过程中圆盘内的裂隙容易在圆盘表面聚集;冻融循环次数较少时,劈裂试验中圆盘内裂隙主要集中在中心线附近,冻融循环次数较大时,在远离圆盘中心线位置会产生大量裂隙;冻融循环和劈裂试验中,试样的拉伸破坏率均远大于剪切破坏率。     

含井字形河渠的分蓄洪区洪水演进数值模拟

针对分蓄洪区内存在井字形河渠的特殊地形情况,考虑水流在河渠内外区域里运动特点的不同,在现有的分蓄洪区平面二维水流数学模型的基础上,对模型进行扩展,建立了适合模拟含有井字形河渠的分蓄洪区洪水演进的新平面二维水流数学模型.运用模型对概化地形区域进行计算,计算结果表明,井字形河渠内水流流速较快,河渠内水流充满后越过堤防进入相邻区域,水流运动比较符合规律,证明了该模型在理论上和方法上都是可行的.该方法可用于模拟分蓄洪区内含有井字形河渠对洪水演进的影响,为防洪调度提供参考.     

流渣反应器内含钛高炉渣的流动特性

针对含钛炉渣在流渣反应器中的氧化工艺,采用模型实验方法研究熔渣在反应器内的流动特性与溶质扩散现象.考虑气液两相流动时,由于界面张力和浮力作用,黏性力的影响相对降低,故采用水来代替实际的高温液态高炉渣,通过底部吹入N2,模拟实际反应器内的流动情况.设计并排与错排两种喷吹方式,分别进行了物理水模型实验及数值模拟实验研究.物理水模型实验分别采用高速摄像法观测流场和刺激响应法测传质过程;数值模拟实验分析了不同位置的速度矢量分布和湍动能分布.结果表明错排喷吹方式的反应器内的流动特性好于并排方式.     

排水横管流量的特性及其测定

测定了 9L和 12L水箱的坐式大便器出水时排水横管中的流量 ,并将之与设计中使用的两个流量计算公式相比较 ,指出两个流量计算公式的不足。并且指出随水箱容积的减小 ,横管中最大流量值也相应减少。因此应有技术措施保证污物不在排水横管中沉积     

Numerical Investigation on the Features of Gasoline Mixture Flow Field with Rotary Jet Mixing

Employing the standard k-εturbulent model and slipping grid technique,distributions of velocity and dynamic pressure and mixing time was numerically investigated to research the gasoline flow features and mixing efficiency in a gasoline mixture tank with a rotary jet mixing(RJM)system installed at the bottom center.The simulation results showed that the RJM system can achieve fully circular stir without blind corner,reaching high mixing efficiency in the mixing process of gasoline from different refining line.The mixing density difference met the mixing requirement for the first time at 31.2 s and then showed a tendency of deterioration.It met the requirement again at 58.2 s with the mixing density difference meeting the mixing criterion of 3‰.     

应用VOF方法的水平圆柱入水数值模拟

为了研究水平圆柱砰击入水问题,建立了数值水池,应用VOF结合动网格技术的方法对零浮力水平圆柱入水过程的气液两相流动和刚体运动耦合的问题进行了数值模拟.捕捉了圆柱入水过程中射流的形成、运动和空气垫效应等自由表面的变化现象,模拟了圆柱竖直运动过程;讨论了湍流粘性对圆柱入水的影响.结果表明:圆柱入水的数值模拟结果和实验数据符...     

立式圆柱薄壳容器的振动特性研究

为降低原油储罐的振动效应,防止其结构的局部破坏,对立式圆柱薄壳容器的振动特性进行研究。通过ANSYS Workbench软件对薄壁储罐分别进行空罐、半罐和满罐3种状态的不同约束方式的模态分析。分析结果表明:储罐的各阶振型与固有频率的大小有关;振型的变化则与激励方向密切相关,不同方向的激励所导致的振型差异较大;在满罐状态下的固有频率值最小,在低频的激励载荷下容易发生振动,但危害较小;摆振是造成罐顶破坏的重要原因,可通过在顶端增加约束的方法来削弱摆振以提高结构的稳定性。     

波浪中船体与液舱晃荡耦合运动的时域数值计算

为分析液舱流体晃荡对波浪中船体运动性能的影响,针对船体外流场与液舱内流场(液体非线性晃荡)分别采用时域势流理论方法计算,建立了在波浪中船体与液舱流体晃荡耦合的时域运动方程.其中波浪中船体水动力和时延函数采用切片法和脉冲响应函数法计算获得,舱内液体非线性晃荡采用时域边界元法计算.对S175加载方形液舱在迎浪横浪等不同工况下液舱流体晃荡及其与船体运动耦合分别进行了计算模拟与验证研究.研究表明,在不出现液面破碎等强非线性现象时,能够给出较好的液舱流体晃荡波形和压力;耦合运动模拟结果能清晰地反映液舱晃荡对船体运动的影响,并准确给出船体有无加载液舱时共振频率的偏移现象;数值与试验结果吻合良好,并具有较高的计算效率,为设计载液船舶或减摇水舱等的前期设计提供了快速有效的分析方法和技术手段.     

乳化液槽内流场和温度场的数值模拟及优化

采用CFD2000对天力带钢厂的乳化液槽内流场和温度场进行了数值模拟,并对该槽的内部结构进行了优化设计。模拟结果表明：槽内左边存在死区,导致乳化液的浓度波动较大,槽的底部乳化液流速较大,沉淀物质容易被抽出;槽内乳化液温差较大,导致乳化液温度波动较大;在乳化液槽底部新添加一高0．7m的挡墙,并且把上部挡墙向左端延长0．8m,减少沉淀物质被抽出;新加一套55kW的电加热器,挡墙右端的乳化液温差不超过0．5℃。模拟结果可以分析槽内流场死区和乳化液温度分布,对于优化槽的内部结构,促进铁粉沉降和浮油上浮,提高乳化液的使用效果具有重要意义。     

浮油收集器在油田污水处理系统的应用

在原油生产过程中会产生大量需要处理的污油、污水。在污水处理系统中,污油池、除油罐收油主要是靠提升液位,通过泵将污油和水一起输送到沉降罐中,再进行后期脱水、外输等处理,会造成回收油中水和杂质含量高,增加后期处理负担,同时耗费大量电能。应用浮油收集器从地面储油罐或油池中收集原油,所回收原油含水率低,同时也可用于收集脂肪或油脂。     

平流式二沉池中入流挡板设计探讨

二沉池中异重流的存在影响了二沉池的良好流态，在二沉池中进水口要设置导流装置，如挡板，能减少异重流的影响．异重流的影响由入流密度费汝德数来衡量．通过对入流密度费汝德数的分析导出有关二沉地中入流挡板的设计公式及提出最佳数据．     

玻璃熔窑内传热与流动的计算机模拟研究

研究了浮法玻璃熔窑内传热与流动以及投料池宽度变化对熔窑内流场、温度场和玻璃熔制质量的影响,采用了SIMPLEC算法计算了温度和速度场,计算了不同投料池宽度下的熔制因子分布和滞留时间微分分布。研究得出,熔窑纵向存在三个主要回流;投料池宽度变化对玻璃液流动变化影响较大,其宽度在一定程度上增大有利于节能,并且能提高玻璃液熔化质量,但当投料池与熔化部池宽相等时,能耗升高,熔制质量反而降低。     

异重流对悬浮物沉淀过程的影响

异重流是挟沙水流的一种特殊运动形式,它的出现给净水工艺带来了极其不利的影响,为了提高其沉淀效果,防止或减弱池中异重流,就异重流对悬浮物沉淀过程的影响进行了分析,并根据沉淀过程所受的影响特点,对沉淀池进行了改造,使水力条件得以改善、沉淀效果得到明显提高.