氧化溝流場特性數值模擬的現狀與展望

唐瑜謙

(河海大學 力學與材料學院,江蘇 南京 210098)

氧化溝流場特性數值模擬的現狀與展望

唐瑜謙

(河海大學 力學與材料學院,江蘇 南京 210098)

氧化溝流場特性的研究對氧化溝工藝廢水處理理論、氧化溝工藝的設計與改良有著十分重要的意義。計算流體動力學(CFD)是對氧化溝進行數值模擬的重要手段。綜述了CFD概況及氧化溝中流體特性數值模擬的研究進展,總結了目前CFD模擬氧化溝流體特性中存在的問題,并提出了進一步的研究方向。

氧化溝;流場特性;計算流體力學;數值模擬

氧化溝(oxidation ditch)是一種首尾相連的循環流曝氣溝渠,是活性污泥法的一種變型[1-2]。利用氧化溝污水處理技術,可有效去除污水中的有機物及N、P等物質,使污水得到凈化。在流態上[3],氧化溝介于完全混合和推流之間,這種獨特的反應器水流特征有利于克服短流現象并提高氧化溝的緩沖能力。該工藝處理不同性質污水適應面廣、出水水質好、運行穩定,在國內外得到了迅速的推廣和應用。但現階段氧化溝污水處理技術并不十分成熟,存在著一定的弱點[4],實際溝道中[5-6]的流場非常復雜,流速不均,難以達到0.3 m/s以上的設計要求[7]。近年來的生產實踐表明,因氧化溝內局部流速過低引起的污泥沉積現象及表曝機的能耗較高但氧利用率低的現象都時有發生[8-9]。氧化溝內的混合液混合效果及各項水質濃度的分布均與氧化溝的流場特性有關[10-11],研究氧化溝內各種運行條件下的流體力學特性,對氧化溝工藝中出現問題的解決,及氧化溝工藝的設計與改良都有著十分重要的意義。

流場問題的研究方法分為物理模型試驗方法及數值計算方法兩類。物理模型試驗方法運用實際模型或簡單的物理模型進行實驗研究,所得信息準確可靠。國內外已有不少學者對氧化溝內的流場特性進行了宏觀實驗研究,并分析總結了一系列氧化溝流場特性[6,12-17]。但多數情況下,原型試驗方法價格昂貴,又常受測量精度及模型尺寸等因素的限制,很難進行微觀的、瞬時的流場分析。而計算流體力學(CFD)與實驗相比,具有信息完整、速度快、費用低等優點,因此它有著巨大的應用價值和研究意義,尤其是針對還無法進行試驗的反應器研發有著不可替代的作用[18]。

1 計算流體力學(CFD)軟件簡介

計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,簡稱CFD),是20世紀60年代形成的一門新興學科。CFD在流動基本方程(質量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程)的控制下,對流動進行數值模擬,并通過計算機的數值計算和圖像顯示,對包含有流體流動和熱傳導等相關物理現象的系統做出分析。

1.1 基本思想

CFD通過各種離散化方法,把原本空間域和時間域上連續的物理場(如速度場),用有限個離散點上的變量值的集合來替代,通過一定的方式建立起這些離散點上場變量值之間關系的代數方程組,通過求解這些代數方程組而獲得時間和空間上的許多數字組合體,最終得到描述場變量的數值近似值[19]。簡單說來,CFD通過計算機,“虛擬”地進行了實驗過程,模擬了實際流體的運動情況,可以在較短的時間內進行流場分析、流場計算、流場預測。它不受物理模型和實驗模型的限制,省事省力省錢,靈活性高[19]。隨著電子計算機和現代計算技術的發展,半個世紀以來,CFD有了較大發展,已廣泛應用于航空 、水利 、航運 、海洋 、環境、化工、建筑、流體機械等各種科學技術領域[20]。

1.2 計算步驟[19]

①依據工程實際或物理問題建立能反映所需解決問題的數學模型。即建立反映各個問題牽涉量之間關系的微分方程及對應的定解條件;

②確定高準確度、高效率的計算方法。即針對控制方程建立適宜的數值離散方法;

③編制程序,進行計算。包括:劃分計算網格、輸入邊界和初始條件、設定控制參數等;

④通過圖表等方式顯示計算結果。

1.3 CFD軟件功能及類型簡介

CFD軟件通常有三種功能:前處理(Preprocessing),計算和結果數據生成(compute an result)以及后處理(Postprocessing)。前處理時,需要向CFD輸入及生成計算模型相關的數據,通常包括:建模,定義計算域,劃分網格,選擇控制方程,定義流體參數,指定邊界和初始條件。完成前處理后,CFD的核心解釋器(solver)將根據建立的模型及選定的數值求解方案,完成用戶要求的計算任務,并生成結果數據。為了有效地觀察和分析流動計算結果,CFD配置的后處理器可將生成的結果數據用各種直觀可視的圖形或動畫顯現與詮釋。

CFD軟件功能強大,運用廣泛,根據不同行業及特點,出現了各種通用CFD商業軟件[21]:常見的CFD前處理的軟件Gambit、Grid Gen等;用于后處理的軟件IBM Open Visulization Explore、AVS等;我國較為常用的用于計算分析的軟件CFD模擬軟件有Phoenics,CFX和Fluent。其中,Fluent于1998年進入我國市場,市場占有率達40%左右,是應用面最廣、影響最大的CFD軟件[22],也是對氧化溝進行流場模擬最常用CFD軟件。基于“CFD計算機軟件群的概念”[23-24],Fluent將不同領域的計算軟件組合起來,成為CFD計算機軟件群,軟件之間可以方便地進行數值交換,并采用統一的前、后處理工具。此外,Fluent還具有包含多種優化的物理模型,較強的網格靈活性等優點[25-26]。

1.4 CFD軟件在水處理構筑物及設備中的應用

CFD軟件可通過數值模擬仿真的手段,分析水處理構筑物的內部流態,對實驗結果的整理和規律的得出起到了很好的指導作用。近年來,CFD已廣泛運用于各種水處理構筑物及水處理設備的數值模擬計算中:趙星明[5]借助ANSYS FLOTRAN模塊對氧化溝中設置偏置導流墻前、后的水流流速分布情況進行了模擬比較,探討了彎道橫向環流和流速分布問題。曾俊武[27]建立了固液兩相流三維模型,將計算轉化后的實測數據作為初始條件代入CFD模型,對不同狀態下Unitank邊池的流場進行計算,得到了其固液兩相流水力特性。通過利用CFD對反應物的流場進行分析模擬,結合水力模型試驗結果,可以總結和探討反應器內的流速分布情況以及其變化規律[28-29]。在ASM2模型的基礎上,CFD還可用于生物去磷的模擬[30]。Le Moullec[31]利用三維歐拉方程模擬了反應器氣液兩相流。此外,CFD還可有效、精確地預測沉淀池內的流態[32],或應用于其他多種污水處理裝置的運行模擬及設計研究工作中[33]。

2 氧化溝中流場特性數值模擬研究概況

氧化溝的流場特性取決于多種因素,如:氧化溝類型形狀,曝氣機、推流器的位置與開啟工況,導流墻、導流板設置方式等等。為了深入了解氧化溝流場特性,國內外已有大量專家和學者對這一課題開展了長期的研究工作,并已取得了一些重要的成果。

2.1 氧化溝流場基本特性數值模擬

最初,學者們[34-35]對氧化溝內流速流場的基本規律進行了探究,并結合理論及試驗,對數值模擬的結果進行比較,驗證了其可行性和準確性。之后,又有學者采用不同的模型及研究方法對氧化溝流場特性進行了模擬研究:蔣成義等[36]對全尺度氧化溝的數值模擬,驗證了網格的獨立性(即只要倒傘區域網格足夠精細,網格尺寸對計算結果的影響可忽略不計),比較了使用不同湍流模型(標準k-ε模型、重整化群k-ε模型、可實現性的k-ε模型、雷諾應力模型)對氧化溝流速場模擬的情況,證明了將動量源項加入三維流體力學模型以模擬由倒傘型曝氣機驅動曝氣的氧化溝的可行性。張宗才[37]采用k-ε紊流數學模型對Carrousel氧化溝的流場及水力學進行了分析計算,精確分析了氧化溝內水流的紊動,發現彎道阻力和垂直檔板阻力是造成水頭損失最主要的因素。郭麗莎[38]認為在氧化溝流場的模擬中,污泥相的分布對于流速的影響不大,可將污泥和污水作為單一均勻相處理,而液-氣兩相模型(界面采用自由面)能夠更好地模擬氧化溝上層和表層流速,使得上層和表層流速的模擬值誤差更小。Stamou(1997)[39]、魏輝(2002)[40]利用一維河流水質模型預測了穩態條件下氧化溝流速的變化情況。許丹宇[41]采用CFD數值計算和體視PIV測試相結合的方法研究了Carrousel氧化溝的流場特性,發現:縱、垂兩向的流動分布是決定溝內水力特性的主要因素;橫、垂兩向的流動是決定污泥沉積位置的主要因素;外溝靠近曝氣葉輪直道段的流速分布上大下小,在低速區底部易發生污泥沉積;外溝遠離曝氣葉輪直道段流速分布上小下大,利于防止泥水分離;彎道段受橫比降和橫向環流的影響,內側容易形成低速區或停滯區而發生污泥沉積。Yin Yang[42]利用CFD軟件,模擬對比了兩種工況條件下氧化溝的運行情況,為優化能量消耗及出流質量提供了依據。Thakre[43]通過改變表面曝氣機的速度、浸沒深度及葉片扭轉角度等關鍵參數,研究了不同工況下氧化溝內的氧氣傳質系數。李媛[44]通過利用CFD對圓形Orbal氧化溝的數值模擬計算發現:即使氧化溝設計流速為0.3 m/s,亦存在污泥沉降的可能性。認為環形氧化溝內側是污泥沉積危險區,可通過抬高池底、降低轉碟位置以及在水下安裝推動器等措施來改善。

2.2 曝氣機、水下推流器作用下氧化溝數值模擬

曝氣機是氧化溝中最為重要的設備,兼備推流及充氧的作用。曝氣機的形狀樣式(轉盤轉刷型或倒傘型)、安裝位置、功率大小等皆對氧化溝流場特性有重要影響。通過水下推進器的設置,對氧化溝的流場將有不同方面的改善:一方面可以增加氧化溝的推流動力,于需要推流但不需曝氣區域(如厭氧區)提供動力或改善只由曝氣機驅動而產生的局部動力不足現象;另一方面可以使曝氣機從同時曝氣推流等多種作用中獨立出來,以充氧功能為主,推流作用由水下推流器承擔,使得氧化溝的運行方式更加靈活多變[45]。目前,已有較多學者對曝氣機及推流器作用時,不同工況條件下的氧化溝進行了數值模擬研究:陳光、趙賀芳[46]采用多參考系模型,用CFD模擬并對比了不同曝氣功率、不同曝氣機葉片形狀的曝氣機運行時氧化溝內的流場,認為機翼型葉片、前傾型葉片、矩形葉片和后傾型葉片4種葉片形狀中,機翼型葉片對水流的混合推動力最大,效率最高。趙賀芳[47]采用標準k-ε湍流模型和多重參考坐標系模型(MRF),用SIMPLEC算法,對影響氧化溝流動特性的幾個關鍵因素——表面曝氣機葉片形狀、葉片數目、曝氣機浸深及曝氣機附近彎道導流墻的半徑進行單因素分析,發現曝氣機葉片形狀和葉片數目對氧化溝斷面及溝底平均流速的影響最為顯著。范蘢等[48]分別單相模擬并分析了LANDY-F和LANDY-7兩種高效表曝機驅動曝氣的氧化溝內混合液流動狀態和速度分布,確定污泥沉降的發生位置,且準確判定水下推進器的安裝位置,為優化氧化溝水力特性提供了依據。施慧明等[49]應用Fluent軟件對3種深水型曝氣機葉輪的構型進行了模擬計算,從攪拌深度、推流效果和所需功率等方面對3種葉輪構型進行比較,得出最佳優化方案,為原型污水廠的改造提供了指導。張羽等[50]建立了污水-污泥多相流模型,利用Fluent對倒傘曝氣機及推流器驅動的氧化溝進行了流場模擬,并對表面曝氣機與潛水推流器的統一進行了有效整合。吳瑩瑩[51]利用滑移壁面模型和風扇模型,采用Fluent軟件分別實現了對曝氣轉碟和水下推進器單獨作用下氧化溝內混合液流場分布的模擬。通過對不同工況下的模擬數據的分析,發現:曝氣轉碟除起導入溶解氧的作用外,對混合液的推流作用亦不可忽略;水下推進器對局部混合液的推流作用非常明顯,推流作用優于曝氣轉碟;曝氣轉碟后導流板的存在,不僅有利于曝氣轉碟推流功率的合理利用,也在一定程度上提高了水下推進器的推流效果。

2.3 導流墻、導流板作用下氧化溝數值模擬

氧化溝中混合液經曝氣機曝氣推流后,常常表面流速高,底部流速低。底部流速過低會使得污泥發生沉積,若氧氣不足還會發生污泥變質,使得水質下降,影響處理效果。為避免發生該情況,可在需要處加設導流板,均化垂向流速。導流板加設前后的流速流場及不同形狀位置導流板對流速的影響皆可由CFD模擬得到。

氧化溝彎道的存在,使得水流在該處同時受重力和離心慣性力的作用,底層流速低表層流速高的混合液由直段進入180°彎道后,由于流動方向急劇變化,在氧化溝彎道的橫斷面上形成了環形流動[5]。這使得氧化溝彎道處水流特性復雜,內外側流速分布不均,常常存在流速死角,形成一定的滯留區,很難保證生物處理系統的穩定運行[15]。為了改善彎道水力流態,常在氧化溝的彎道處設置導流墻,從而均布氧化溝彎道頂處的流速,減少能耗,有效地防止彎道頂底部污泥沉積。通過數值模擬,可研究加入導流墻前后氧化溝彎道流場特性的改變情況,并可調整導流墻的位置及形式,以得到流場最佳優化方案:陳光、趙賀芳、周靖[52]對單側有、無導流墻時氧化溝內的流場進行了數值模擬,通過對二者的比較發現,氧化溝內上層水體的流速最大,中層水體的流速略小于下層水體的流速。陳志瀾、楊人衛[53-54]采用Fluent模擬了不同偏置距導流墻的氧化溝內流速流場分布情況后認為,導流墻的偏置距設置對改善隔墻背后的水流低速區和消除污泥沉積有促進作用,但當導流墻的偏置距增加到一定值時,在隔墻背后徑向半寬處會形成第二個水流低速區。王紅菊等[55]對氧化溝彎道流場及不同設置方式導流墻的流速場進行了數值模擬,分析了導流墻在氧化溝水處理過程中的作用,并對彎道內導流墻的設置進行了優化。

2.4 氧化溝生物性能方面數值模擬

作為污水處理構筑物,氧化溝的生物性能直接影響著污水處理質量,是十分重要研究對象。已有學者對包括污泥沉降、溶解氧等生物性能指標進行了模擬研究。

許丹宇[56],郭麗莎[38]將建立的湍流條件下污泥沉降速率模型與氧化溝固液兩相湍流混合物模型進行了耦合計算,實現了垂向上污泥和污水運動的分離,較好地揭示了氧化溝內混合液流場和污泥的分布情況。結果表明,兩相流混合物模型污泥濃度與流速呈負相關。陳園[57]、許丹宇[58]通過傳輸方程,將修正后的Carrousel氧化溝液固兩相湍流混合物模型與活性污泥2號模型(ASM2)相耦合,建立液固兩相湍流生物反應動力學模型;編輯開發了相關的模擬求解程序,實現了對反應器內部液固兩相三維流場及水質濃度場的模擬。徐良、黃錦敘、劉廣立[59]以原型Orbal氧化溝為研究對象,對氧化溝內單純的水力流場分布及溶解氧加入后的流場進行了實測與模擬,通過二者的比較后認為:氧化溝內的水力特征及溶解氧的分布情況是圓形氧化溝處理效果的兩個重要因素。吳瑩瑩[51]利用組分模型,對氧化溝內一個典型直溝段實現了對溶解氧輸運的模擬,給出了溶解氧在氧化溝中傳播過程的簡單示意。郭麗莎[38]認為溶解氧分布的模擬可利用輸運方程耦合水力學模型,基于液-氣兩相模型得到流場分布和氣相體積分數分布后,計算出氧傳質系數,再通過輸運方程求得。

3 目前CFD模擬氧化溝流場存在的問題及今后的研究方向

目前,用計算流體動力學方法研究氧化溝內的流場特性已經取得了較大進展:最初,學者們對氧化溝流場進行簡單模擬漸發展為復雜準確的三維模擬,探究了氧化溝內流場基本規律,驗證了數值模擬各種方法可行性及準確性;進而,又比較了不同湍流模型時對氧化溝模擬的影響,研究了構筑物參數(如:曝氣機形狀、安裝位置、功率大小、使用數量;導流墻位置、長短寬窄、安裝數量等)不同時氧化溝內流速場的變化,模擬并比較了曝氣機、推流器、導流墻等作用時的氧化溝流場,為流場的最優化提供了重要依據;現如今,更有學者利用水質模型、污泥沉降模型、ASM模型等,將氧化溝的生物反應動力學結合到以往單純的水動力學中來,力求實現對氧化溝的全面模擬。然而,作為新興技術的CFD還存在其并未完善之處。利用CFD對氧化溝模擬,還有需要發展和改善的部分。主要存在的問題及改善方向主要有以下幾個方面:

3.1 建立更加符合原型的數值模型

目前所做的研究中,多忽略了進出口水流及排泥,或將曝氣機、推流器進行了簡化。雖然通過參數校核降低了流速的模擬誤差,所得模擬結果與實測結果趨勢一致,但仍然不能完全反應它們附近水流的動態運動及其他們對流場、污泥分布、氣相分布的影響(例如將推流器簡化為盤片所得的模擬結果無法得到近推進器盤面處的準確模擬流速)。而如今,把水下推動器及曝氣機同時考慮在內的數值模擬還比較困難。找到一個既能方便模擬出氧化溝整體流速,又能得到該處準確模擬流速的方法,將會是今后的一個研究趨勢。

3.2 前處理計算條件的改進與完善

網格的劃分和算法對計算來說十分重要,過少達不到要求精度,過多則浪費時間與資源且也會引起誤差。如何在不影響數值模擬精度情況下,對氧化溝數值模擬的網格進行最優化,以減少繪制網格的耗時和避免計算資源的浪費,是一項必要的研究。在氧化溝流場模擬中,最重要的是確定所需解的基本方程,即選擇最佳的湍流方程。目前用于氧化溝數值模擬的湍流模型較多,都各有利弊。比對適用于氧化溝數值模擬的湍流模型,并在此基礎上開發更適用的湍流模型,也是一個值得發展的方向。在今后氧化溝數值模擬計算中,可對各項參數進行率定,選擇合適自身模擬的數據,而非如往常一般采用默認參數,這將使得模擬結果更為準確可靠。

3.3 曝氣機與氧化溝得當配合的研究

曝氣機對氧化溝產生著最為重要的影響,但現研究多為模擬已存在的曝氣機影響下產生的流速流場,或比較不同曝氣功率、不同曝氣機葉片形狀的曝氣機運行時氧化溝內的流場。曝氣機型號和氧化溝形狀的配合、各種型號曝氣機的功率改變時對曝氣效果的影響等問題,還有待深入研究。

3.4 生物反應動力學與水動力學結合

生物反應動力學可與水動力學結合(特別是氣、液、固三相混合物模型的結合),從而進行更為全面的氧化溝數值模擬。氧化溝反應器水力學與生物反應動力學模型耦合模擬的相關研究在國內外是一個新的領域,國內外已有學者進行了一些初步的探索研究。現模擬結果雖符合流速、污泥濃度分布和變化的總體特征,但還不能十分全面有效地模擬出某些水力特性及生物反應參數,且耦合模型編程復雜,計算時間偏長。例如對溶解氧的模擬結果都不夠準確,只給出了變化趨勢,尚且不能用于指導實踐[51]。

4 結 語

目前,用計算流體動力學方法研究氧化溝內的流場已經取得了很大進展。盡管CFD技術本身還存在著一定的局限與不足,但其與物理實驗方法相比,有著巨大的優勢,將其與實驗觀測及理論分析相補充結合,必能為氧化溝工藝的設計與改進起到重要的推動作用。隨著CFD技術的進一步發展,氧化溝流場特性模擬的進一步完善,勢必能實現對氧化溝全面且準確的模擬,使氧化溝的研究與應用進入全新的階段。

[1]張自杰.排水工程(下冊)(第四版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2000:132-137.

[2]鄧榮森.氧化溝污水處理理論與技術[M].北京:化學工業出版社,2011:221.

[3]解 東,胡鋒平.氧化溝工藝在污水處理中的應用研究進展[J].江蘇科技信息,2010,(1):29-32.

[4]周鑫根.氧化溝設計中若干問題的探討[J].浙江建筑,1997,(S1):12-13.

[5]趙星明,張慶華,黃廷林,等.氧化溝彎道的污泥沉積分析與水力計算[J].中國給水排水,2008,(6):38-40.

[6]鄧榮森,況 力,李 媛,等.Orbal氧化溝混合液流態試驗研究[J].重慶建筑大學學報,2007,(2):86-89.

[7]趙星明.氧化溝的水力計算[J].環境工程,2000,(2):14-17.

[8]曾環木.城鎮污水采用活性污泥法除磷脫氮工藝探討[J].廣東化工,2009,(3):67-69.

[9]劉廣立,種云霄,樊青娟,等.氧化溝水力特性對處理效果和能耗的影響[J].環境科學,2006,27(11):2323-2326.

[10]Shi bin Xia,Jun xin Liu.An innovative integrated oxidation ditch with vertical circle(IODVC)for wastewater treatment[J].環境科學學報(英文版),2004,16(3):367-370.

[11]許丹宇,張代鈞,唐運平,等.污泥-廢水2相湍流與生物反應耦合模型及應用[J].應用基礎與工程科學學報,2010,(5):723-733.

[12]范 蘢,陳大方,劉艷臣,等.Carrousel氧化溝單個表曝機流態的模型試驗和分析比較[J].環境科學研究,2007,20(4):97-101.

[13]范 蘢,陳大方,王志強,等.Carrousel氧化溝的流動特性研究[J].環境污染治理技術與設備,2006,7(12):36-41.

[14]李偉民,鄧榮森,王 濤,等.水下推動器單獨運行時一體化氧化溝流態試驗研究[J].給水排水,2001,27(12):19-22.

[15]楊華展,王 濤,鄧榮森.一體化氧化溝彎道流態特性研究[J].重慶建筑大學學報,2007,29(3):106-109.

[16]范 蘢,王志強,王穎哲,等.污水廠Carrousel氧化溝溶解氧和速度分布的研究[J].環境工程學報,2007,1(1):19-22.

[17]劉艷臣,范 蘢,王志強,等.Carrousel氧化溝內特性參數的分布[J].中國環境科學,2007,27(6):792-796.

[18]李金鵬,蘇鴻洋,張亞雷,等.計算流體動力學在模擬氣升式環流反應器中的研究進展[J].四川環境,2011,30(2):105-110.

[19]王福軍.計算流體動力學分析[M].北京:清華大學出版社,2004:272.

[20]周雪漪.計算水力學[M].北京:清華大學出版社,1995:1-2.

[21]翟建華.計算流體力學(CFD)的通用軟件[J].河北科技大學學報,2005,26(2):160-165.

[22]姚 征,陳康民.CFD通用軟件綜述[J].上海理工大學學報,2002,24(2):137-144.

[23]李 勇,劉志友,安亦然.介紹計算流體力學通用軟件——Fluent[J].水動力學研究與進展(A輯),2001,(2):254-258.

[24]劉 霞,葛新鋒.FLUENT軟件及其在我國的應用[J].能源研究與利用,2003,(2):36-38.

[25]海基科技[Z].http://www.hikeytech.com.

[26]方 坤.計算流體力學的幾種常用軟件[J].煤炭技術,2006,(12):124-125.

[27]曾俊武.Unitank固液兩相流水力特性模擬與分析[D].南京:華東理工大學,2011:19-57.

[28]羅固源,趙 杰.OGO反應器內流態的模擬及其對處理效果的影響分析[J].三峽環境與生態,2010,32(6):1-4.

[29]尚應奇.深溝轉刷型一體化氧化溝水力特性試驗研究[D].成都:西南交通大學,2004:13-39.

[30]Littleton H X,Daigger G T,Strom P F.Application of computational fluid dynamics to closed-loop bioreactors 2:simulation of biological phosphorus removal using computational fluid dynamics[J].Water Environment Research,2007,63(9):613-624.

[31]Le Moullec Y,Olivier P,Caroline G,et al.Flow field and residence time distribution simulation of across-flow gas-liquidwastewater treatment reactor using CFD[J].Chemical Engineering Science,2008,63(9):2436-2449.

[32]朱 煒,馬魯銘,盛銘軍.CFD模型在污水沉淀池數值模擬中的應用[J].水處理技術,2006,32(4):10-13.

[33]Do-Quang Z,Cockx A,Liné A,et al.Computational fluid dynamics applied to water andwastewater treatment facility modeling[M].Volume 1,Number 3,1999:137-147,DOI:10.1007/s100220050015,137-147.

[34]鄧榮森,江 帆,李 媛,等.圓形Orbal氧化溝流場三維數值模擬[OL].中國科技論文在線.[2005-12-30].http://www.paper.edu.cn/index.php/default/releasepaper/content/200512-802.

[35]羅 麟,李偉民,鄧榮森,等.一體化氧化溝的三維流場模擬與分析[J].中國給水排水,2003,19(12):15-18.

[36]蔣成義,黃衛東,王 淦,等.氧化溝流場的計算流體力學數值模型研究[J].環境科學與技術,2010,33(8):135-140.

[37]張宗才,張新申,張銘讓.氧化溝水力學分析及流場計算[J].中國皮革,2004,33(11):27-30.

[38]郭麗莎.卡魯塞爾氧化溝污水-污泥兩相模型及液-氣兩相模型[D].重慶:重慶大學,2010:47.

[39]Stamou A I.Modelling of oxidation ditches using an open channel flow 1-D advection-dispersione quation and ASM1 process description[J].Water Science and Technology,1997,36(5):269-276.

[40]魏 輝.氧化溝數學模型的初步研究[D].長沙:湖南大學,2002:42-68.

[41]許丹宇,張代鈞,艾海男,等.氧化溝反應器流體力學特性的數值模擬與實驗研究[J].環境工程學報,2007,(12):20-26.

[42]Yang Y,Yang J,Zuo J.Study on two operating conditions of a full-scale oxidation ditch for optimization of energy consumption and effluent quality by using CFD model[J].Water Reseach,2011,(45):3439-3452.

[43]Thakre S B,Bhuyar L B,Deshmukh S J.Oxidation ditch process using curved blade rotor as aerator[J].International Journal of Environment Science and Technology.2009,6(1):113-122.

[44]李媛.AIRE-O-2充氧機性能淺析與Orbal氧化溝流態測試及三維模擬[D].重慶:重慶大學,2005:63-66.

[45]李偉民,鄧榮森,王 濤,等.水下推動器單獨運行時一體化氧化溝流態試驗研究[J].給水排水,2001,27(12):19-22.

[46]陳 光,趙賀芳.曝氣機葉片形狀對氧化溝流動特性的影響[J].水資源與水工程學報,2010,21(6):57-61.

[47]趙賀芳.氧化溝流動特性的CFD模擬[D].合肥:安徽工業大學,2011:18-63.

[48]Fan L,Xu N,Wang Z,et al.PDA experiments and CFD simulation of a labscale oxidation ditch with surface aerators[J].Chemical Engineering Research and Design,2010,88:23-33.

[49]施慧明,劉艷臣,施漢昌,等.深水型表面曝氣機的模擬計算與構型比較[J].環境工程學報,2008,2(2):154-159.

[50]張 羽,黃衛東,勾全增,等.計算流體力學在氧化溝設計中的應用[J].工業用水與廢水,2009,40(1):49-53.

[51]吳瑩瑩.氧化溝流場和溶解氧CFD模擬研究——以平頂山污水處理廠為例[D].武漢:華中科技大學,2009:23-64.

[52]陳 光,趙賀芳,周 靖.單側導流墻設置對氧化溝流動特性影響的研究[J].能源研究與管理,2010,(4):26-29.

[53]陳志瀾,楊人衛.導流墻偏置位置對氧化溝性能影響的分析[J].環境科學與技術,2010,33(10):162-165.

[54]陳志瀾,楊人衛.新型波紋板導流墻氧化溝水力特性的數值模擬[J].環境工程,2010,28(2):33-35.

[55]王紅菊,郭亞兵,胡鈺賢.氧化溝彎道流場的模擬與改進[J].能源與環境,2009,(6):10-12.

[56]許丹宇,張代鈞,陳 園,等.卡魯塞爾氧化溝液-固兩相流動混合物模型與兩相水力特性模擬[J].環境科學學報,2008,28(12):2622-2627.

[57]陳 園.氧化溝液固兩相湍流反應動力學仿真系統[D].重慶:重慶大學,2008:29-70.

[58]許丹宇.卡魯塞爾氧化溝液固兩相湍流與生物反應動力學研究[D].重慶:重慶大學,2008:72-125.

[59]徐 良,黃錦敘,劉廣立.Orbal氧化溝流場模擬計算及溶解氧的影響[R].廣州:中山大學,2007:31-32.

Present Situation and Prospect of Numerical Simulation for Flow Field Characteristics in Oxidation Ditch

TANG Yu-qian
(College of Mechanics and Materials,Hohai University,Nanjing,Jiangsu210098,China)

The research on the flow field characteristics in oxidation ditch is important to the oxidation ditches'treatment theory,and oxidation ditches'design and improvement.Computational fluid dynamics(CFD)is an important tool to simulate the oxidation ditch.The process for simulation by using the CFD and the research progress about the numerical simulation for the flow field in the oxidation ditch are reviewed here in detail,and some problems in the CFD simulation are summarized.In addition,the future research directions are proposed.

oxidation ditch;flow field characteristic;computational fluid dynamics(CFD);numerical simulation

X703

A

1672—1144(2012)05—0107—06

2012-02-20

2012-03-24

唐瑜謙(1988—),女(漢族),云南昆明人,碩士研究生,研究方向為流體力學數值模擬。