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潜水搅拌机分布对污水处理池搅拌效果的影响

摘要:为研究潜水搅拌机的分布对污水处理池内搅拌效果的影响,采用三维建模软件Pro/E建 立实体模型,利用ICEM大型软件对污水处理池进行非结构化四面体网格划分,在Fluent 6.3计 算流体力学软件平台上,采用动坐标系技术、RNG A 湍流模型和PI0S算法,对潜水搅拌机搅拌的污水处理池进行数值模拟,分析全池内流体的宏观流场与各截面速度流场分布,考察各潜 水搅拌机的效率,同时对污水处理池内的流体平均速度及搅捽面积率进行了研究•计算结果表 明:优选方案H中,3个潜水搅拌机转速为1 200 r/min,安装角度分别为45。,30。,30。,其搅拌面 积率超过90%.在3个潜水搅拌机搅拌下,污水处理池内流体形成连续循环水流,搅拌充分,平 均流速在0.3 m/s左右,符合潜水搅拌机工作要求.利用此方法,可为潜水搅拌机的实际工程应用提供参考依据。

关键词:潜水搅拌机;位置分布;长方形大水池;搅拌效果;流场;数值模拟
 
潜水搅拌机在工农业中应用极其广泛,是污水 处理过程中必不可少的流体机械,又称为污水处理 搅拌机[k.它依靠旋转运动来吸收主机功率,产生 诱导速度,一般池内水的流速在0.3 m/s左右,这是 为了防止活性污泥沉积在池底,同时使回流污水和 再循环水流混合在一起,使微生物和污水之间充分 接触,悬浮固体物分布均匀,从而实现搅拌混合与推进。
 
通常一个水池安装一个潜水搅拌机,但对于较大 水池,一个潜水搅拌机无法满足搅拌要求,需要选择 多个搅拌机.多个潜水搅拌机如何分布、安装,目前尚 无相关报道•文中根据某公司的实际情况,对潜水搅拌机在长方形水池内的分布安装进行讨论,结合效 率、整体流速以及搅拌效果,选择最佳方案。

1潜水搅拌机设计
1.1潜水搅拌机叶片设计
 
图1为潜水搅拌机叶片水力图.根据轴流泵与 螺旋桨的设计方法,结合潜水搅拌机的实际工作情 况,选取合适的NACA翼型,设计两叶片潜水搅拌 机叶片.由轮毂处向轮缘处,翼型弦长越来越短,安 放角逐渐减小.图中叶轮直径D、=200 mm,轮毂直 径 dh =70 mm.
图1潜水搅拌机叶片水力图

1.2设计方案
 
污水处理池尺寸为10 m x5 m x2 m.该污水处 理水池内潜水搅拌机的分布设计参数及要求为效 率 77 =55%,功率尸< 800 W,转速 n 为 980 ~1 200 r/min,整池平均速度为0. 15 -0.4 m/S,搅拌面积
率 Aeff >90%.
 
图2为污水搅拌池俯视图.由于水池较大,在水 池侧壁距池底0.8 m处安装3个相同的潜水搅拌机. 潜水搅拌机转速可调,并有30。,45。,60。,90。共4种安 装角度,且可对面池壁安装,也可相邻池壁安装.
 
图2污水搅拌池俯视图
文中设定了 A - H 8种不同的组合方案,如表1 所示,表中a为安装角度.其中,方案A中,潜水搅 拌机1垂直安装在池壁a的中部,潜水搅拌机2,3 垂直安装在池壁c上,分别与池壁6相距1 m与3 m;方案B - H中,潜水搅拌机1均安装在池壁a的 中部.潜水搅拌机2安装在池壁b上,且与池壁a相 距6 m.潜水搅拌机3安装在池壁d上,与池壁a相 距7 m.通过性能预测和内部流场分析,对其分布和 安装角度进行优化.
 
表1 8种潜水搅拌机分布方案
 
设计  方案 搅拌机1 搅拌机2 搅拌机3
«/(°) 偏向  壁面 o/(°) 偏向  壁面 o/(°) 偏向  壁面
A 90 90 90
B 90 45 c 45 a
C 45 b 45 c 45 a
D 60 b 60 c 60 a
E 30 b 30 c 30 a
F 45 b 30 c 30 a
G 30 d 30 a 30 c
H 45 d 30 a 30 c
 
2.1水体建模与网格划分
 
利用三维造型软件Pre/E对搅拌机进行设计, 用扫描混合、曲面的过渡连接、光顺处理等操作,进 行叶片的三维造型,如图3所示.
图3叶片模型 Fig. 3 Impeller model
 
2.2网格划分
 
为简化计算过程,定义潜水搅拌机搅拌介质为 水,密度为P = 1_ 0 x 103 kg/m3.利用ICEM软件对 水体进行四面体非结构化网格划分,在搅拌叶片附 近进行局部加密.划分网格后,8种方案采用相同大 小的网格设置,因此水体网格节点数相差不多,分 别为3 672 403,3 672 548,3 672 467,3 672 790, 3 671 073,3 672 629,3 672 718,3 672 948.
 
2.3 Fluent边界条件及求解参数
 
考虑搅拌叶片距液面较远,池面流体较为平 静,速度较慢,故液面设定为自由液面;所有池壁、 搅拌轴及搅拌叶片表面均采用无滑移壁面边界条 件,池壁粗糙度设为0.5 mm,搅拌机叶片粗糙度设 为0.25 mm;搅拌叶片、搅拌轴设置相应的转速条 件;W保证计算过程中内外子域之间相互耦合['3_5'], 内外子域的接触面设为interface类型.
 
利用Fluent流体计算软件,采用有限体积法进行 方程离散.基于PI0S算法,对流项的离散采用一阶迎 风差分格式.选取目前广泛应用的RNG A - s湍流模 型[6—9].收敛判据为所有变量的残差绝对值小于10'。

 
 

 
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