基于CFD的网格絮凝池栅间距特性研究

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1、2014年11月第11期城市道桥与防洪科技研究193基于CFD的网格絮凝池栅间距特性研究．李国强，邴帅，刘鹏亮，王卫东(青岛市市政工程设计研究院，山东青岛266071)摘要：以广东中山某镇给水厂单体竖井建立分析模型，借助CFD软件对网格絮凝池单个竖井内湍流场进行数值模拟。通过对图形曲线及模拟变量一湍动能k分析探讨，确定了单层栅条板栅间距D=4cm或5cm的栅条布置方式，其具备较高湍动能级、较强速度差异优点，对现有网格絮凝池网格分布改造具有重要意义。关键词：计算流体力学；网格絮凝池；湍动能k中图分类号：TU

2、991．22文献标识码：A文章编号：1009—7716(2014)11-0193—03流场的影响，因此可以将竖井简化成二维模型进O前言行计算。模型参数见表1。强化絮凝技术的关键环节之一是高效的絮凝表1网格絮凝池二维模型参数(单位：mm)池的研究。目前常规及新型池子所取得的实验数模型模型栅条栅条栅条网格划分据及其分析结果尚处于实验阶段，同时混凝理论长度高度厚度宽度间距尺度分析方法对于絮凝池的研究大多处于初级的指导30、501Ooo4Ooo105OlO性阶段。因此基于中山市某镇给水厂网格絮凝池80、120基本

3、参数，分析絮凝池的水力特性指导反应条件沿切线方向切取尺度为4000mmx1000mm的优化，使得絮凝剂在最佳工况条件达到强化絮平面，见图1。凝的效果是本文研究的内容。1CFD概述计算流体力学(ComputationalF1uidDynamics，3简称CFD)，是通过计算机数值计算和图像显示技越框术，对包括有流体运动和热传导等相关的物理现副2象系统所作分析的一门新兴学科。CFD的基本原理：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这

4、些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值【l1ox模型冤厦图1单层网格絮凝池二维模型示意图2网格絮凝池建模及单栅条数值模拟研究2．2网格絮凝池模型的边界条件的确定2_1网格絮凝池数学模型的建立(1)进口边界条件中山某镇5万的给水厂，单个竖井尺寸为本文对网格絮凝池单体竖井的模拟为不可压1000mmx1000mmx4000mm，采用理想液态缩流，采用速度进口。速度的选取参照中国工程建流模拟絮凝池单井内部流场，顶进底出，水流方向设标准化协会标准定制的《栅条、网格絮凝池设计垂直向

5、下。标准》中关于前段栅条流速的选取：0．12～0．14m／s，网格絮凝池的单个竖井结构属于中心对称结因此速度选取为0．13m／s，采用k一￡模型进行的构，同时本文主要考虑垂直截面速度、能量耗散对数值模拟计算。收穰日期：2014—07—07(2)出口边界条件作者简介：李国强(1984一)，男，山东青岛人，工程师，从事水动力学及排水管网研究工作。本文采用自由出流(Outflow)，它适用于不可压2014年11月第11期城市道桥与防洪科技研究195同时流体中的速度梯度和紊流切应力是非恒的各指标的3～4倍。经过分

6、析，这种突跃是栅条处定的，都具有由壁面(wM1)向流场中心区沿程降低的流体大部分呈现出射流状态，湍动能及剪切力的变化规律。对于絮凝过程中大部分阶段，絮体颗急剧增加紊动十分强烈。粒较小，水中颗粒跟随性好，颗粒速度与水流流速根据絮凝体破碎理论，絮凝池前置阶段絮凝接近。由于水流速度梯度的存在，相邻流层的颗粒体形成粒径大而多孔的结构，此时在水流剪切力也具有速度梯度，从而为相互碰撞创造了条件。如作用下容易发生破碎。具有较高能级的栅间距果是在均匀切变场中，颗粒就会平稳的聚集成长，D=30mm容易使絮体颗粒因强剪切作用

7、及高湍动但是实际工程中的非均匀切变场，不同的流层具度造成破碎。因此栅间距D=40mm和50mm的栅有不同的剪切强度，而且变化较大，颗粒的成长就条布置方式是较优的。会受到影响。在靠近壁面的区域速度梯度大，颗粒4结论相互碰撞的机率高，但切应力大，水流对颗粒的揉搓作用强烈。在水流中心处，颗粒之间相碰撞之后网格絮凝池竖井的内部紊流流动问题是一种更容易结合。相对复杂的流动问题，它对工程设计及现有给水3．2不同栅间距数值模拟湍动能k、湍动能耗散率厂的更新改造具有很重要的指导意义。本文得到￡面平均值评价如下研究结论：采

8、用CFD软件中Mass—WeightedAverage计(1)本文主要运用CFD计算流体力学软件对算，其更接近于高速度区域的值，即有更多质量流网格絮凝池竖井进行了数值模拟。采用ReMizable通过面上的变量值，见图4。k一￡模型，对网格絮凝池这类高雷诺数并流动中包含有射流和混合流的模型具有很好的可操作性，计算消耗时间少。(2)对速度进口流速为0．13m／s，通过在竖井内流动中加人栅条方法可以改变整个流场流态；通过改变栅条密度