二沉池雷諾系數(shù)

1、屈強(qiáng)馬魯銘王紅武（同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092）摘要：運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)手段，對(duì)平流式沉淀池內(nèi)水流運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明：池內(nèi)存在著兩個(gè)回流區(qū)，分別位于進(jìn)水區(qū)底部和入流擋板后的沉淀區(qū)，后一個(gè)回流區(qū)約占整個(gè)沉淀池容積的40%，形成了大死區(qū)，是沉淀池性能下降的重要原因。關(guān)鍵詞：沉淀池；流態(tài)；計(jì)算機(jī)模擬Numericalsimulationofwastewatervelocitydistributioninarecta

2、ngularsecondaryclarifierQUQiangMALumingWANGHongwu(CollegeofEnvironmentalScienceEngineeringTongjiUniversityShanghai200092)Abstract:Computationalfluiddynamicsmethodwasusedtosimulatethewastewatervelocitydistributioninasecon

3、daryclarifier.Resultsindicatethattherearetwobackflowzonesintheclarifierthebiggeroneislocatedinthesettlingzonebehindtheinletbafflewhereabigdeadzoneisfmedwhichmaybetheimptantreasonofaclarifier’slowperfmance.Keywds:clarifie

4、rvelocitydistributionnumericalsimulation二沉池是整個(gè)活性污泥法系統(tǒng)中的重要組成部分，目的在于利用重力沉降作用去除系統(tǒng)中產(chǎn)生的活性污泥顆粒，整個(gè)系統(tǒng)的處理效果與二沉池的設(shè)計(jì)與運(yùn)行是否良好密切相關(guān)[1]。平流式是一種常見(jiàn)的二沉池形式，該池呈長(zhǎng)方形，來(lái)自活性污泥系統(tǒng)的水流從池子的一端進(jìn)入，水平流過(guò)沉淀池，從池的另一端流出，進(jìn)口附近有泥斗，其它部分池底傾向泥斗。平流式二沉池的設(shè)計(jì)基于理想流動(dòng)假設(shè)，即沉淀池

5、內(nèi)水平方向速度均勻相等，重力方向速度為0，整個(gè)流體以完全平推流的方式流過(guò)沉淀池，流動(dòng)處于層流狀態(tài)，不存在漩渦，沒(méi)有短流和死區(qū)，理想沉淀池如圖1所示。圖1理想平流式沉淀池流態(tài)近年來(lái)，人們意識(shí)到了這種理想假設(shè)可能存在不足。Adams[2]Iman[3]Schamber[4]，Zhou[5]等利用不同方法模擬了沉淀池水流特征；曾光明等[6][7]利用渦量法對(duì)二沉池進(jìn)行了數(shù)值模擬，蔡金榜等[8]建立了基于剖開算子法的沉淀池?cái)?shù)學(xué)模型，郭生昌等[9

6、]把沉淀池水流近似為層流，進(jìn)行了模擬，詹詠等[10]建立了小型試驗(yàn)裝置，觀察了水流運(yùn)動(dòng)特征。但由于存在計(jì)算量大的困難，以上作者均對(duì)模型進(jìn)行了較多簡(jiǎn)化，試驗(yàn)和模擬規(guī)模也限于小型。近幾年來(lái)，計(jì)算流體力學(xué)得到了快速發(fā)展，kε兩方程模型經(jīng)過(guò)了大量驗(yàn)證并得到了廣泛應(yīng)用，本文利用該模型和SIMPLEC算法對(duì)某實(shí)際規(guī)模二沉池內(nèi)水流情況進(jìn)行了數(shù)值模擬，3模擬結(jié)果與分析圖3二沉池內(nèi)流線圖圖4二沉池內(nèi)水平方向速度分布圖圖3是沉淀池內(nèi)流線圖，流線是在流場(chǎng)中表

7、示在同一時(shí)刻各個(gè)空間點(diǎn)上流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的曲線，線上任何一點(diǎn)的切線方向與流體在該點(diǎn)上的速度方向相等，穩(wěn)定流動(dòng)中，流線和跡線重合，流線的疏密反映了速度的大小，它可以清晰地表示出流動(dòng)的狀態(tài)。從圖中可以看出，在入池水流的重力作用下，加上入流擋板的導(dǎo)引，水流向下潛入底部，沿著池底向前流動(dòng)，大約在12m處，水流開始向上運(yùn)動(dòng)，逐漸到達(dá)水池上部，向前流動(dòng)一段以后從出水口處流出。池內(nèi)存在兩個(gè)回流區(qū)，一個(gè)位于沉淀池入流擋板下部，該回流區(qū)較小；另一個(gè)位于沉

8、淀池表面，入流擋板后部，該回流區(qū)相當(dāng)大，長(zhǎng)度約占整個(gè)沉淀池的60%，體積約占整個(gè)池子的40%，水流一直在此回流區(qū)內(nèi)回蕩，始終占據(jù)一定的體積，形成死區(qū)，造成沉淀池效率下降。圖4是沉淀池內(nèi)速度分布圖，從圖中可以看出，平流式沉淀池內(nèi)水流方向速度同理想沉淀池相比很不一致，理想沉淀池認(rèn)為整個(gè)水流方向上速度完全相等，而計(jì)算結(jié)果表明，進(jìn)水區(qū)底部速度最高，隨著水流的前進(jìn)底部速度逐漸降低，趨于均勻，在接近出水區(qū)的部位，水流速度比較均勻。在進(jìn)水區(qū)的池面有很

9、高的回流速度，隨著同進(jìn)水口距離的增加回流速度逐漸降低，在出水區(qū)部分沒(méi)有回流，整個(gè)沉淀池內(nèi)水流方向上速度是很不均勻的。圖5高度1m處重力方向速度分布圖6高度2m處重力方向速度分布按照理想沉淀池理論，在重力方向上水流速度為0，圖5表明了在高度1m處重力方向速度分布情況，從圖中可以看出：在進(jìn)水區(qū)，速度有一個(gè)先下降后上升的過(guò)程，且多為負(fù)值，最大值為2.2cms，說(shuō)明速度方向是朝著池底的，這是因?yàn)檫M(jìn)水在重力的作用下加上入流擋板的引導(dǎo)，首先沖擊到沉