发酵罐内固液两相流的数值模拟.pdf

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1、节能2015年第5期ENERGYCONSERVA【ON(总第392期)发酵罐内固液两相流的数值模拟宋金礼。陈贵军，王娟(大连理工大学能源与动力学院，辽宁大连116023)摘要：以大连市某污泥处理厂为研究背景，以其厌氧发酵罐为研究对象，利用Fluent软件，采用RNG湍流模型、多相流中的混合模型对发酵罐内侧进式搅拌器对污泥与水固液两相的三维流动的影响进行数值模拟。通过模拟得到罐内速度场、固相浓度场的分布情况，分析对固相污泥的均匀分布产生影响的因素，对厌氧发酵过程中搅拌器的运行参数及结构参数的优化提供理论依据。关键词：厌氧发酵罐；侧进式搅拌器；数

2、值模拟；速度场；浓度场中图分类号：Q819；TQ92文献标识码：B文章编号：1004—7948【2015)05—0022—04doi：103969／j．issn．1004—7948．2015．05．006距离LIPP罐底部的安装高度C=1．3m。引言污泥厌氧消化相对于其他的污泥处理工艺，有着独特的优势。通过厌氧消化，可使污泥稳定化、不易腐败，又能使大部分病原菌被杀灭或作为有机物被分解，使污泥无害化；同时，随着污泥稳定化，产生的大量热值沼气，可以作为能源用于发电或其他领域，从而使污泥资源化；最后，污泥经消化以图1搅拌槽结构示意图后，其中的部分有

3、机氮转化成了氨氮，还提高了污泥的肥效⋯。影响污泥厌氧消化效率的因素有很多，主要包括：温度、pH值、污泥含水率、搅拌、氨氮等j。其中，搅拌工艺对厌氧消化是极为重要的。国内外对侧进式搅拌器的研究尚未形成体系，现有的侧进式搅拌器设计大多依赖长期运行积累的经验，因而建立完整的数值模拟方法对分析侧进式搅拌器运行下的罐内流场分布、混合状况等规律，对搅拌器的优化设计具有重大的意义J。1搅拌槽结构文中所述计算模型是根据某污泥厂发酵罐和其内部搅拌器的实际结构得来的，示意图与简化模图2搅拌器几何简化模型型如图1、图2所示，具体参数如下：2数值求解发酵罐有效高度H

4、=11m，直径T=16m。有2采用GAMBIT对模型进行网格划分。搅拌槽台侧进式搅拌器均匀分布在搅拌槽下部周向，搅拌模型具有对称性，为减少运算，取模型的1／2作为器由3只均匀分布的叶片组成，叶片安装角度为计算域。由于搅拌桨的结构不规则，故采用适应性35。，搅拌器伸入长度z=1．6m，桨叶直径D=0．6m，桨较强的四面体非结构化网格对整体进行网格划分，径与槽径比D／T=0．0375，转速n=326r／min，搅拌器网格总数为144万个。2015年第5期节能ENERGYCoNSERVA1_ION(总第392期)的污泥完全流动起来，形成一个循环，但

5、存在部分死区。而上部的污泥流动速度很小，污泥并不能很好的与水混合，从而导致发酵罐内的污泥出现堆积薅及分层现象，影响了厌氧发酵的效果。但不同高度蛙处水平截面上污泥浓度分布比较均匀。赠2)提高搅拌器的转速对发酵罐上部分层现象有了很大的改善，使罐内污泥更均匀的混合。但转速的提高并不能改善污泥的堆积，也不能消除死z／m区。当搅拌器转速从326r／min提高到626r／min图9不同桨叶长度时直线Jl的固相体积分数时，罐内污泥浓度在7％左右的区域提高了20％左右。3)增加搅拌器的桨叶长度对罐内污泥的混合5功率计算效果提升非常明显，同时能够消除罐内死区，

6、减少通过软件输出搅拌器的扭矩，计算得出搅拌器污泥的堆积。桨叶长度从300mm提高到425mm的功率，计算结果如表1和表2所示。时，发酵罐内污泥浓度在7％左右的区域提高了P=n·M／9550(1)57％，罐内的污泥基本处于均匀状态，再增加桨叶式中：P一功率，kW；长度，对罐内污泥分布几乎没有影响，反而增加了一转速，r／min；能耗。肘。_扭矩，N·m。4)提高搅拌器转速和桨叶长度的同时，输出表1不同转速下搅拌器的功率功率也大幅提升，即代表能耗的增加。具体应该如何选择结构及操作参数，还需要在考虑能耗的基础上进一步探讨。参考文献[1]赵东方．高含固

7、率污泥厌氧消化搅拌技术及水力特性研究[D]．北京：北京建筑工程学院，2012．[2]王田田．高含固率城市污泥厌氧消化工艺研究[D]．济表2不同桨叶长度下搅拌器的功率南：山东建筑大学，2013．[3]方键，桑芝富，杨全保．侧进式搅拌器三维流场的数值模拟[J]．石油机械，2009，(1)：30—34．[4]翁焕新．污泥无害化、减量化、资源化处理新技术[M]．北京：科学出版社，2009．[5]王瑞．污泥干化基础特性及工艺研究[D]．沈阳：沈阳航空工业学院，2010．通过表1和表2可以看出，随着转速及桨叶长[6]董厚生，魏化中，舒安庆，等．搅拌槽内固

8、液两相流的数值度的增加，搅拌器的输出功率也大幅提升。当转速模拟及功率计算[J]．化工装备技术，2012，(1)：14—16．n提高到626r／min时，其功率已经达