[發明專利]一種膜生物污水處理的生物膜模型構建方法

在審

• 申請號: 201810057167.X
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108455733A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 楊艷霞;劉海玉;趙貫甲
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;C02F3/00
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

1.一種膜生物污水處理的生物膜模型構建方法，其特征在于，包括：

根據生物膜及反應器的物理模型，選擇格子Boltzmann方程；

根據選定的格子Boltzmann方程確定生物膜的可變形邊界處理格式，同時獲取在不同的流速情況下生物膜的宏觀參數；其中，所述宏觀參數至少包括生物膜邊界位置、流體密度、形變速度及生物膜邊界隨時間的受力參數；

根據獲取的參數，繪制生物膜在不同流速情況下的形態圖，模擬計算不同流速條件下生物膜和流體之間的相互作用，確定生物膜的運動情況。

2.根據權利要求1所述的膜生物污水處理的生物膜模型構建方法，其特征在于，在選擇格子Boltzmann方程的步驟中，選擇格子Boltzmann(D2Q9)模型，公式表達為：

f_i(x+e_iδ_t,t+δ_t)-f_i(x,t)＝-τ^-1(f_i(x,t)-f_i^eq(x,t))+F_iδ_t

其中，x為坐標矢量；δ_t、δ_x為時間和空間步長；格子速度c＝δ_x/δ_t；τ為無量綱松弛時間；F_i為作用力項；f_i為密度分布函數，用于求解反應器內速度分布。

3.根據權利要求2所述的膜生物污水處理的生物膜模型構建方法，其特征在于，選定的格子Boltzmann方程對應的平衡態分布函數為：

根據每個離散節點上已確定的分布函數f_i，利用統計學的方法得到宏觀參數密度、速度，表達式為：

ρ＝∑f_i

4.根據權利要求1所述的膜生物污水處理的生物膜模型構建方法，其特征在于，在選擇格子Boltzmann方程的步驟之后，還包括對生物膜的曲線邊界每個質點進行邊界處理的步驟。

5.根據權利要求4所述的膜生物污水處理的生物膜模型構建方法，其特征在于，在對生物膜的曲線邊界每個質點進行邊界處理的步驟中，進行邊界處理的方式是應用曲線非平衡態邊界處理格式進行，其中，獲取生物膜邊界流體節點x_f分布函數f_i(x_f,t+δ_t)的步驟包括：

選定任意流體節點x_f(x_f＝x_w+e_iδ_t)和靠近壁面的固體節點x_w的連線與曲面邊界交于節點x_b，比例因子0≤Δ≤1；

鄰近壁面固體節點x_w分布函數f_i(x_w,t)為：

新構造的平衡態分布函數為：

式中，通過鄰近壁面的流體節點x_f，x_ff(x_ff＝x_f+e_iδ_t)的線性外推得到：

其中，u_w1＝[u(x_b)+(Δ-1)u(x_f)]/Δ，u_w2＝[2u(x_b)+(Δ-1)u(x_ff)]/(Δ+1)；

非平衡態部分也通過鄰近壁面的兩個流體節點x_f，x_ff的外推得到：

進一步得到下一時刻鄰近壁面的流體節點x_f分布函數：