[發明專利]一種射流曝氣污水處理反應器的優化設計方法

無效

• 申請號: 200810034319.0
• 申請日: 2008-03-06
• 公開（公告）號: CN101244868A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 張亞雷;趙建夫;李燕飛;周雪飛;邱曉東;吳勇
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F3/12
• 分類號: C02F3/12;C02F7/00;C02F1/72;G06F17/50
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 張磊

1.一種射流曝氣污水處理反應器的優化設計方法，其特征在于根據進出水水質水量，按照經驗設計參數和公式，計算獲得射流曝氣污水處理反應器結構尺寸和射流曝氣器的型號，然后用CFD技術模擬射流曝氣污水處理反應器內部的水力流態，在流態優化的情況下確定射流曝氣污水處理反應器的結構尺寸、射流曝氣器的工作水深、布水器的角度，從而實現射流曝氣污水處理反應器的優化設計；具體步驟為：

(1)根據進出水水質水量，計算獲得射流曝氣污水處理反應器的結構尺寸和射流曝氣器的型號；其中：

(A)、反應區的容積V₁：

V₁＝Qt₁

Q為進水水量，單位為m³/h，t₁為反應區停留時間，單位為h；

(B)、沉淀區的表面積F₃和容積V₃：

F3=Qq,]]>

V₃＝Qt₂

Q為進水水量，單位為m³/h，q為沉淀區表面水力負荷，單位為m³/m².h，t₂為沉淀區停留時間，單位為h；

(C)、反應區的表面積F₁：

F1=π4D12,]]>

D₁為反應區直徑，單位為m；

(D)、導流區表面積F₂：

F2=π4(D22-D12)]]>

D₂＝D₁+2B₁

D₁為反應區直徑，單位為m，B₁為導流區寬度，單位為m，D₂為導流區直徑，單位為m；

(E)反應器直徑D：

D=4(F1+F2+F3)π]]>

F₁為反應區表面積，F₂為導流區表面積，F₃為沉淀區表面積；

(2)采用CFD軟件FLUENT進行射流曝氣污水處理反應器流態數值模擬：

根據步驟(1)計算得到的射流曝氣污水處理反應器結構尺寸，在FLUENT前處理軟件GAMBIT中建立射流曝氣污水處理反應器二維幾何模型；

建模結束后，將射流曝氣污水處理反應器進行網格化處理，采用非結構式三角形網格，網格大小根據計算精度與計算量平衡決定，并在進水口、出水堰口、射流曝氣器進出口位置進行網格加密；

模型網格化后，對射流曝氣污水處理反應器進出水口、射流曝氣器進出水口進行邊界設置；射流曝氣污水處理反應器進水口、射流曝氣器進水口設置為速度進口，流速根據：計算得到，式中Q’為射流曝氣污水處理反應器處理流量或射流曝氣器工作流量，d為進水管直徑或射流曝氣器進出水管直徑；射流曝氣污水處理反應器出水口設置為壓力出口，壓力為空氣大氣壓；

邊界設置結束后用GAMBIT輸出MSH文件后導入至FLUENT中進行計算，在FLUENT中，采用2D隱式解算器，湍流模型選用標準k-ε模型；

初始設置完畢后，進行迭代計算，當殘差滿足計算要求后認為計算結束；

導出射流曝氣污水處理反應器流態數值模擬圖，觀察數值模擬結果；

(3)如果步驟(2)得到的數值模擬結果顯示射流曝氣污水處理反應器內部不存在死區、短流現象，并符合設計預期，表明設計方案是合適的，不需要作修正；如果數值模擬結果顯示射流曝氣污水處理反應器內存在死區、短流現象，或者與設計預期有出入，則表明設計方案需要修正，則改變射流曝氣污水處理反應器結構的局部尺寸、射流曝氣污水處理反應器內射流曝氣器的工作水深、布水器的角度進行調整；修正后再次返回步驟(2)進行數值模擬，如果依然未達到設計預期，則繼續修正，直到模擬結果滿足設計預期；即實現射流曝氣污水處理反應器的優化設計。