李维斌[1]2003年在《潜水搅拌器的设计理论与实验研究》文中认为随着人类对自己生存环境关注程度的不断提高，人们必须考虑避免环境污染并力求能源的重复利用，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，潜水搅拌器是一种新型、高效的潜水搅拌装置，适用于工业和城市污水处理场曝气池和厌氧池。本论文是结合江苏省社会发展计划项目“废水生物处理深层潜水曝气机及高效搅拌机研究”来完成的。潜水搅拌器主要由潜水电机、密封机构、转轮、手摇卷扬机构、电气控制等部分组成。潜水搅拌器转轮在电机的驱动下旋转搅拌液体产生旋向射流，利用沿着射流表面的剪切应力来进行混合，使流体以外的液体通过摩擦产生搅拌作用，在极度混合的同时，形成体积流，应用大体积流动模式得到受控流体的搅拌推流输送。 本文通过对潜水搅拌器设计理论的一些研究，总结出一套比较合理的设计方法，然后潜水搅拌器进行搅拌效果的数值模拟，分析出搅拌速度场，对数值结果进行分析和研究，最后对应用此方法设计生产出的两台潜水搅拌器进行实验研究，分析各种工况对功率、速度的影响，为以后的设计开发提出一些建议。 本文的主要工作有： 1．介绍潜水搅拌器转轮设计理论及方法，根据二维的设计方法，利用软件画出潜水搅拌器平面投影图、实现光滑性的检查。 2．利用叁维造型软件Pro/ENGINEER造型，绘出叁维立体图形，利用现有的CFD(Fluent)软件对叁维立体图形进行数值模拟，根据分析的结果来调整与设计有关的几何参数，从而得到直观效果比较合理的搅拌流场； 3．对利用以上的设计理论及方法生产加工出的两台潜水搅拌器进行试验，对比效果是否能够满足要求； 4．最后对试验的结果综合分析，总结出一套比较合理的设计方法，为以后的研究提供一套合理的参考方法。
刘晓满[2]2012年在《潜水搅拌器水力特性的优化研究》文中研究表明本文以某污水处理厂的A~2/O处理工艺为蓝本，建立了厌氧池段水力搅拌的物理模型，采用数值模拟和实验方法两种研究手段分别进行了系统的研究。数值模拟研究是对某污水处理厂的搅拌槽和搅拌器的结构进行了客观分析，利用GAMBIT建立了原型尺寸的搅拌槽和搅拌器的几何模型，采用FLUENT流体计算软件中的标准kε模型、两相流模型对固-液两相悬浮状况的流动场进行数值模拟研究。主要模拟内容是研究在其他边界和几何条件相同的情况下，对现行的搅拌器的安装形式进行优化方案设计，在不同水平倾角（30°、45°、60°）、不同搅拌器放置深度（搅拌器中心距池底0.97m及1.47m）以及不同俯仰角(0°，35°)情况下搅拌流场和实际运行方案的模拟流场速度云图对比，找出潜水搅拌器在安装形式上的优化方案。本实验研究应用模型实验手段，建立实验模型，取核桃壳滤料、氢氧化铁干粉及高岭土作为实验材料。通过检测出水口溶液的浊度值来判定搅拌器在不同方案中的搅拌效果的优劣。主要实验内容包括：（1）从搅拌器放置的水平倾角、放置深度、俯仰角等叁个方面进行不同安装方案的实验测定，得到较为优化的搅拌器安装方案，并与数值模拟结果对比分析；（2）通过改变搅拌器的运行状态来进行搅拌流场的水力特性研究，针对搅拌器搅拌转速、频率参数和搅拌扫荡角度以及增设导流罩等叁种方案进行实验，分析变频调速和改变扫荡方式对搅拌效果的影响程度，并提出相应的运行节能方案。
梁天将[3]2012年在《潜水搅拌器搅拌流场的数值模拟及叶轮优化设计研究》文中提出随着我国城市化和工业化进程的日益加快,生活和工业用污水的排放量也相应增加,对污水处理系统提出了更高的要求。作为污水处理中的重要设备,潜水搅拌器被广泛应用于污水处理厂曝气池和厌氧池污水的处理中,其搅拌效果的好坏对整套设备的污水处理质量将产生重要的影响。作为搅拌器中的重要部件,叶轮在设备运行过程中,将旋转的机械能转化为流体的动能,因此,叶轮的结构形状和运转情况对搅拌流场有重要的影响。至今,对于潜水搅拌器的理论和实验分析方法一直是科研工作者的重要研究对象,但仍然不够成熟和完善。随着计算机技术的发展,人们越来越多地青睐于利用计算机流体动力学(CFD)技术来研究潜水搅拌器内搅拌流体的流动情况。应用CFD技术不仅可以节约成本、缩短研发时间,而且可以有效的提高搅拌效果,从而对搅拌器的开发、设计和优化提供很好的参考价值。本文在对潜水搅拌器流场进行数值模拟以及叶轮优化设计时,为了便于计算,将污水搅拌池做简化处理,把池型简化为一搅拌罐,这样做并不会对搅拌模拟造成较大的影响,却能大大节约成本和时间,减小对计算机硬件的要求。首先基于欧拉—欧拉观点建立描述搅拌器的模型,采用标准K-ε湍流模型对流体相的湍流特性进行描述,然后利用多重参考系法对搅拌容器内的流体进行叁维数值模拟,观察并分析其搅拌流场的运动,并重点分析搅拌器的结构以及几何参数的变化对搅拌流场分布的影响,进而对搅拌容器设计参数进行优化。通过对不同桨叶形式的搅拌流场的对比研究发现,轴流型桨叶形成的流场速度分布比径向流桨叶理想。桨叶的离底距离也会对流场产生重要的影响,此距离过大过小都会影响搅拌效果,当距离过大时会造成搅拌区域混合物的沉积,而当距离过小时则不容易控制搅拌桨下流体的速度大小,从而使搅拌不均匀。在容积一定的搅拌槽内,其搅拌桨叶的大小将会对搅拌效果有直接的影响,桨叶直径过小,会出现流动死角,搅拌效果较差,桨叶直径越小,此情况越明显；但当桨叶直径过大时,会出现两个回流区,从而不利于控制搅拌速度,使搅拌混合液体的颗粒浓度不均匀。对于搅拌转速对搅拌效果的影响,通过模拟分析可以发现,搅拌速度的变化会对搅拌流场的混合造成很大的影响,但考虑到搅拌桨强度,耐久度以及搅拌功率等因素的影响,也并不是搅拌速度越大越好,而需要在综合因素的考虑下来确定合理的速度。通过对比分析研究后发现,选用桨叶数量为八片的轴流型桨叶,其桨叶大小为500mm,在桨叶离底距离为0.4m,搅拌轴转速为300r/min时,能够获得较好的搅拌效果,其流场以及压力场的分布情况较稳定,能够比较好的满足实际生产中的应用。
徐顺[4]2016年在《潜水搅拌器流场分析及运行优化》文中认为随着水污染日益严重,污水处理已成为当今社会一个重要的话题。搅拌是污水处理的重要环节,潜水搅拌器是水处理工艺中关键设备之一,在工业和生活污水处理中得到广泛运用,其搅拌和推流的功能效果对污水处理质量、节能降耗有着重要的影响,研究搅拌流场及其运行优化具有理论意义和工程运用价值。采用Turbogrid、Pro-E、ICEM软件,对轴流泵叶轮、贝特叶轮、水池、简化电机壳模型、导水锥叁维建模并进行网格划分,基于标准的k-ε湍流模型,对不同电机转速、不同叶片间隙、不同叶片安放角、不同搅拌安装角度、有无导流壳等工况进行数值模拟。分析潜水搅拌器的外部流场和内部流场特性,并对不同工况下的潜水搅拌器的外特性参数对比研究,对不同运行工况下的潜水搅拌器搅拌效果做出综合评价,得出最优运行工况；将轴流泵叶片和贝特叶轮做对比研究,比较各自的优缺点。根据牛顿第叁定律的作用力与反作用力的原理自行设计了一套实验装置,对潜水搅拌器的轴向推力和扭矩以及潜水搅拌器的电机功率进行测量,将外特性实验结果和数值模拟结果做对比研究；同时利用旋桨仪对池内的流场进行测量,将流场测量结果与数值模拟结果做对比分析。随着叶片安放角的增大,轴功率和轴向推力逐渐增大,当叶片安放角度为+4°时,基本满足搅拌要求；随着电机转速的增加,轴功率和推力不断增加,有效搅拌比不断增大,兼顾基本搅拌要求和能耗,选择576r/min作为最优转速；安装角度对出口流量和轴功率无影响,随着安装角度的增加,池内搅拌流域面积不断增加,死区的面积不断减小,当安装角度为45°时,搅拌区域的面积达到最大值,随着安装角度的继续增加,搅拌区域面积逐渐减小,但均大于0°安装角度时的搅拌面积；随着叶片间隙的增大,潜水搅拌器叶轮内部靠近导管的流体受到的扰动变强,射流出流的扩散角度呈现一定的扩散趋势,出口流量与叶片间隙大小无关,最终选取了6mm作为最优叶片间隙；由于叶片受力变大,有导管的潜水搅拌器比无导管的电机功率要小、能耗低,无导管潜水搅拌器射流扰动半径要大,无导管潜水搅拌器搅拌效果好；轴流泵叶轮推进距离远,能有效减小边壁效应,贝特叶轮整体搅拌效果较好。霍尔传感器和变频器组合实现了对电机转速的精确控制和测量。实验推力和扭矩测量装置测量精度高,扭矩和推力的数值模拟值和实验室误差小；同时旋桨仪测量的流速的趋势与数值模拟值一致,有效验证了数值模拟的准确性。
张晓宁[5]2015年在《潜水搅拌器工作方式及其对搅拌效率的影响研究》文中认为潜水搅拌器作为污水处理工艺过程中不可缺少的设备,其能效的优劣直接关系到污水处理的效率及设备耗能的大小。根据需要选取适合的潜水搅拌器并使其发挥出最佳的搅拌效果成为当今污水处理过程中急需解决的问题。本文主要的研究内容如下:(1)提出了评价潜水搅拌器效能优劣的新方法——有效搅拌域法。通过Fluent软件中的UDF模块,编制出统计流速达到搅拌效果的有效搅拌体积的源代码,通过此法可以准确计算潜水搅拌器形成的有效搅拌区域体积的大小,使数值模拟的结果分析更直观,更具有说服力。(2)为研究潜水搅拌器水平安装角度对搅拌池内流场的影响,建立不同水平安装角度的几何模型,对搅拌池内流场进行叁维数值模拟,得出不同方案的速度分布情况,分析流场中流速达到有效搅拌效果的“有效搅拌流体体积”占整个流场体积的百分比,通过比较,选择出优化的潜水搅拌器的水平安装角度。(3)无摆动的潜水搅拌器在运行中,导杆的机构简单,仅是叶轮定向旋转,由于搅拌器固定,其形成的射流流场影响域也是固定不变的,如能不断调整搅拌器的运行方向,预期能很大程度上提高搅拌效率。本文设计了一种新型摇摆型潜水搅拌器,即在无摆动的潜水搅拌器的基础上增设了往复摆动的功能,使得潜水搅拌器在运行中实现一定幅度的摆动,扩大搅拌的影响范围,达到更好的搅拌效果。(4)利用FLUENT软件中的UDF模块编写往复摆动程序及统计流速达到搅拌效果的有效搅拌体积的程序,通过建立无摆动及不同摆动角度的潜水搅拌器的运行方案,对搅拌池内流场进行叁维数值模拟,得出不同方案的速度分布情况,分别计算其流场中流速达到搅拌效果的“有效搅拌流体积”占整个流场体积的百分比,讨论了一定的摆动角速度下,所设计的摇摆型潜水搅拌器与无摆动潜水搅拌器搅拌效果的差异,并优化其摆动运行方案。(5)在模型实验中,通过观测比较池底颗粒沉降量的方法探究无摆动及摇摆型潜水搅拌器的搅拌效果。
崔敏华[6]2013年在《ABR工艺改造工程的数值模拟及水力特性研究》文中认为国内的污水处理事业经过近几十年的快速发展，已经取得阶段性成果，在进一步提高污水处理率的同时，也面临着一些早年投产的旧工艺不能满足日益严格的污水排放标准，亟待进行技术改造的难题。CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）作为研究流体流动的重要技术手段，在航空、发动机和航天等领域应用广泛，但在污水处理专业内研究和应用较少，仅有的一些案例也多以实验室规模为主。本论文采用Fluent软件对污水处理厂部分构筑物的改造进行模拟分析和实验研究。研究的对象是由传统厌氧反应池改造而成的叁格室厌氧折流板反应池，在每个格室的上向流室中设置1m高的错环流填料，底部对角安装两台叶轮直径320mm，功率2.2kw，并带有导流罩的潜水搅拌器。对改造使用的填料进行建模分析，结果显示填料中的流体流动以斜向和竖向为主，流体在填料横向也是连通的，不易堵塞，用Mixture多相流模型模拟固-液两相的流动。使用Pro/E软件对潜水搅拌器进行造型，采用Moving Mesh（滑移网格）法处理其中的运动区域，分析流场的流速分布规律和固-液两相混合效果。对改造后的ABR第一格室内流体的流动进行研究，考察单相流场，开启搅拌器对流场的影响以及ABR上向流室中的固-液两相流动。提出整合错环流填料的ABR流场模拟的初步解决方案，采用多孔介质模型模拟上向流室中混合液通过填料层的固液分离效能。以LiCl作为示踪剂，采用RTD（Residence Time Distribution，停留时间分布）实验研究ABR的水力特性，绘制出的E-θ曲线出现拖尾现象，且出峰时间提早到0.5θ左右，说明ABR中存在一定体积的死区。计算得出平均停留时间为t为8.77h，方差σ~2t为23.89，相应的标准化方差σ~2为0.31，死区体积V_d约为17.23%，符合典型ABR的水力特征。绘制多釜串联模型（串联级数N为2.32）和轴流扩散模型（Peclet准数为6.45）的E-θ曲线，对比分析发现该ABR更符合完全混合流态。本论文采用Gambit-Fluent的软件组合，辅以CAD软件Pro/E和后处理软件Tecplot，对实际改造的污水处理设施进行建模和模拟，分析ABR中的复杂结构单元--错环流填料和潜水搅拌器对流场和固-液两相流动的影响。为今后此类改造工程的设计和施工提供借鉴和参考价值。
朱培模[7]2008年在《高效节能搅拌器的数值模拟及性能预测》文中认为随着我国经济的持续、快速发展,城市化和工业化规模的不断扩大,城市污水排放量急剧增加。低成本,高效率的处理污水已经成为每个城市迫切需要解决的问题。搅拌器作为主要的污水处理设备,其搅拌效率和能耗对污水处理产业有着重要影响。研发低能耗,高效率的搅拌设备显得十分必要。本文根据某污水处理厂委托的高效节能搅拌器研发项目的研究要求,自主研发一种新型的高效节能立式搅拌器。根据搅拌器的设计理论、计算流体动力学知识和一些参考资料,建立叶轮直径为1500mm,搅拌池宽为4.8m,长为8.0m,水深为6.0m的叁维实体模型。基于RNG k-ε湍流模型结合VOF方法数值模拟搅拌器分别以30、40、50 r/min的速度在搅拌池中的运行过程。其中搅拌池自由液面的位置确定采用几何重构格式进行处理；速度-压力耦合项采用PISO算法分离求解；动量、湍动能和湍流耗散率采用二阶迎风格式进行离散；迭代格式采用低亚松弛格式进行计算。通过对搅拌池流场的数值模拟及计算结果分析得出：自主研发的搅拌器在以30r/min速度运行时,搅拌池内最小速度达到0.02m/s最大速度达到0.20m/s,其速度满足搅拌要求。搅拌池内从水面到池底速度逐渐增加,从搅拌器中心到搅拌池壁面速度逐渐减小,池中水流在叶轮的推动下形成垂直旋流,同时又在叶轮旋转带动下产生水平旋流,其流场达到了良好的混合与搅拌效果。在不考虑叶轮、传动轴自重和减速箱摩擦耗能的情况下,转速为30r/min,耗能为337.0W；转速为40r/min,耗能为868.1W；转速为50r/min,耗能为1679.8W；在同等条件下,与传统的潜水搅拌器相比具有效率高,能耗低等特点。
李东旭[8]2018年在《氧化沟水力特性及断面优化的的数值模拟研究》文中研究说明氧化沟工艺在我国的污水处理领域有着广泛的应用,这是由于氧化沟工艺具有良好的脱氮除磷效果,耐冲击负荷强,出水水质稳定,但同时氧化沟具有复杂的水力学特性。将计算流体力学模拟软件应用于氧化沟的模拟研究,可以快速准确地获取氧化沟内的水力学特性,并且可以研究水力学特性参数的变化对氧化沟处理效率与稳定运行的的影响,对设备的调节、氧化沟的设计与优化具有一定的指导意义。论文使用Fluent软件建立了氧化沟工艺的模型,对氧化沟进行了水力学特性的模拟,主要结论如下:(1)对氧化沟建立了气液两相流模型,其中紊流模型选用了 RNGk-ε模型,多相流模型选用了 VOF模型,曝气转盘转动区域的模拟选用了动参考系模型(MRF)。提取了氧化沟模型直道段5个断面共25条测线的纵向速度分量,弯道段2个断面共10条测线的纵向、横向、垂向的速度分量,并与实测值进行了对比分析,结果表明纵向流速与垂向流速的模拟值与实测值具有较高的吻合度,弯道处横向流速的模拟值与实测值虽有一定的偏差,但能够大致反应出横向流速沿高度方向的变化规律,模拟结果具有一定的可靠性;可以将RNGk-ε模型、VOF模型、动参考系模型应用于氧化沟气液两相流的数值模拟研究。(2)研究了氧化沟内曝气转盘四种不同的浸没比对氧化沟流场结构、垂向流速分布、气体体积分数分布的影响,得到了曝气转盘最优浸没比为1/2～1/3。(3)由于在传统矩形断面的氧化沟的底部容易发生污泥淤积的现象,在本次研究中,将氧化沟的矩形断面进行了优化,设计了“U形”、“U1形”、“U2”形叁种断面,并对不同断面形式的氧化沟进行了模拟研究,并从流场结构、气相分布以及能量转移的角度进行对比分析,确定了氧化沟的最优断面形式为“U2形”断面。(4)在满足氧化沟生化反应需氧量的前提下,研究了曝气转盘叁种不同的开启方式对流速分布以及气体体积分数分布的影响,通过比选确定了“工况叁”的开启方式为最佳的开启方式。
田飞[9]2010年在《污水处理搅拌机的数值模拟与实验研究》文中研究说明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叁种常用设计理论,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。
马庆勇[10]2007年在《浆液池叶轮式搅拌器设计、数值模拟及PIV实验研究》文中指出搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮,它是机械搅拌设备的关键部件,它广泛的应用于化工、食品、医药、发酵、排污等各种行业,搅拌器的操作涉及到流体的流动、传质和传热等各个物理和化学的过程。其中固—液两相搅拌操作是最常见的操作,对固—液悬浮浆液池中的固液两相流场进行研究,进而讨论固体浓度对浆液池内液相流场的影响规律,是固—液搅拌研究工作的重要组成部分。目前对其虽然已有许多的实验和理论研究,但有关的理论及设计方法仍不完善。近年来,利用计算流体力学(CFD)的方法研究搅拌设备内的流动和混合特性逐渐发展起来。CFD技术以其卓越的优势,对未来搅拌设备的研究、开发与设计所产生了不可估量影响。本文将对某一特定要求下的浆液池设计搅拌器,使之达到搅拌的要求。同时运用计算流体力学(CFD)软件对浆液池中固—液两相流的流场、浓度场进行模拟,并通过实验来分析槽内的流场,以与模拟作比较,从而指导桨叶的设计。本文的主要工作及研究成果包括:1.通过整理和总结出搅拌器转轮设计理论,对搅拌器进行设计。2.利用Pro/ENGINEER软件对搅拌器叶轮进行叁维造型;应用Gambit网格划分软件对搅拌流场进行非结构网格划分,同时用Tgrid软件对.mesh文件进行合并。3.对安装单层—双层的搅拌流场、浓度场以及临界转速进行了数值模拟,并考核其搅拌的功率系数,以证明搅拌器设计的合理性。4.对搅拌槽内的流场进行实验研究,运用粒子成像测速仪(PIV)测试浆液池中的液体速度,并把实验所得到的数据和模拟的数据相对比。
参考文献：
[1]. 潜水搅拌器的设计理论与实验研究[D]. 李维斌. 江苏大学. 2003
[2]. 潜水搅拌器水力特性的优化研究[D]. 刘晓满. 北京建筑工程学院. 2012
[3]. 潜水搅拌器搅拌流场的数值模拟及叶轮优化设计研究[D]. 梁天将. 山东大学. 2012
[4]. 潜水搅拌器流场分析及运行优化[D]. 徐顺. 扬州大学. 2016
[5]. 潜水搅拌器工作方式及其对搅拌效率的影响研究[D]. 张晓宁. 北京建筑大学. 2015
[6]. ABR工艺改造工程的数值模拟及水力特性研究[D]. 崔敏华. 哈尔滨工程大学. 2013
[7]. 高效节能搅拌器的数值模拟及性能预测[D]. 朱培模. 昆明理工大学. 2008
[8]. 氧化沟水力特性及断面优化的的数值模拟研究[D]. 李东旭. 西安理工大学. 2018
[9]. 污水处理搅拌机的数值模拟与实验研究[D]. 田飞. 江苏大学. 2010
[10]. 浆液池叶轮式搅拌器设计、数值模拟及PIV实验研究[D]. 马庆勇. 江苏大学. 2007
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