叶轮机非定常边界层数值模拟
叶轮机内部流动非常复杂,仅以传统的稳态全湍流方法对叶轮机内边界层流动进行数值模拟显然已不能满足工程需求。本文首先基于雷诺平均方法求解Navier-Stokes方程,将原始SA湍流模型的生成项看作为一个输运变量,在数值模拟中额外引入其输运方程以考虑流动中的转捩现象。采用有限体积法进行空间离散,迎风的Roe通量差分裂方法及三阶MUSCL格式计算对流通量,粘性通量采用二阶中心差分离散,同时引入低速预处理技术。发展了一套适用于求解叶轮机内复杂流动的非定常数值求解方法。其次,选用平板边界层转捩流动、定常/非定常条件下的分离流动和叶栅通道内分离流动对该方法进行了数值验证,通过与实验对比发现,该方法不仅对叶轮机中常见的旁路转捩有较好的预测性能,还对于定常/非定常条件下分离边界层分离点以及分离诱导转捩的模拟也具有一定的精度,为叶轮机内复杂流动的模拟提供了一种简单而有效的数值方法。最后,分析分离边界层的模拟结果表明,叶栅通道内分离泡的大小对叶轮机&
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1引言磁云作为行星际空间中的一种重要扰动现象，是很多研究者关注的焦点之一[l]一[s].同时它也是太阳一地球之间的一种重要的能量一物质传输过程10].磁云边界层是磁云与背景太阳风之间的相互作用区域Iv].然而对磁云边界层的了解却是十分有限的，不仅是因为磁云边界层的结构复杂，而且也缺乏足够的磁云事件的观测结果.根据wei等[v]对磁云边界层的定义，磁云边界层应该是磁云主体与背景太阳风之间的相互作用区，在磁云边界层内部磁场方向发生显著突变的地方，等离子体密度、温度和口值常常较高，磁场强度较低.从物理上讲，磁云边界层作为相互作用区，通常包含多种复杂的间断.进一步从统计上认识磁云边界层的复杂结构是有益的.间断是存在于太阳风等离子体中的一种基本的中、小尺度结构，是磁场或等离子体的一种不连续的变化.在磁流体力学理论中存在4种不同类型的间断，即切向间断(TD)，旋转间断(RD)，接触间断CD( Contact Diseontinuity)和激...&
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引言 早在本世纪上半叶,人们对气一水热力边界层就有所察觉。但真正用实测数据来证实它,应首推Woodc。。k在1941年所做的实验。此次实验便揭开了该领域研究的帷幕。但是,由于探测手段的原因,致使实验难以深入。直到七十年代后期,随着热力测量技术及热敏元件的开发、应用及其精度和分辨力的提高,使该课题的实验室研究和现场测量成为可能,并将实验室测量结果推到了现场验证。同时,随着其他应用领域,如海-气相互作用、气一水间物质交换和能量交换、卫星遥感信息、数据解译、反演、修正等研究的需要,将该领域的研究又推向了一个新阶段,使研究内容进一步拓宽。 迄今,虽然仅有为数不多的几个科学家在实验室和现场完成了比较理想的模拟实验和现场测量,但在不同的学科领域内获得了一些极有价值的研究成果。所有这些成果对进一步了解发生在气一水热力边界层内的热力学特征,各种气体输送及其生物变化特征,对进一步了解气体、动量及热交换机制,以解译星载或机载传感器所获取的原始记录都...&
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1.概况 延安市位于陕北高原山区延河旁,由东川、西川、南川、杜甫川四条河川组成,河谷海拔高度约为950m,周围群山海拔m,山脉相对高度150一300m。境内有延河、南河,延河先西北一东南流,南河由南向北流,两河汇于市中心,然后向东北流去。西川河谷宽300—500m,东川宽约1km,南川、杜甫川宽为300m,市区地势呈西高东低,地形复杂。 延安市大气污染严重,环境监测表明:非采暖期全市日平均浓度分别为SO:——O.04mg/m。,IP～0.16mg/m。,’rSP～O.26mg/m。;采暖期该三项日平均浓度分别为O.13,0.34,0.47(mg/m。)’)。采暖期IP严重超标使得市区水平能见度只有几十米,有时小于10m。在山顶可明显看出,冬季全市经常笼罩在烟尘之中。造成污染的原因是多方面的,其中主要有源强、地形及气象条件等。为了搞清边界层风、温场特征对污染的影响,我们于日至日...&
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一、引言 在双曲守恒律系统中(即对流系统)存在一个十分重要而有趣的现象,这就是存在着间断解。间断解的计算是计算流体力学中的一个重要的研究课题。如何能够精确地计算出真实的物理间断,并且同时减少数值耗故与频散效应是目前双曲守恒律系统模拟中的主要问题。 嵌入激波方法可以自然地求解出简单的激波系〔’〕,但是对于复杂激波系,嵌入淘很难正确地计算间断解。在采用激波捕获法时,有些格式,如L二x一Wondroff格式,不满足嫡条件而有可能计算出非物理解,有些格式则格式粘性较大,如Lax格式〔昌〕。近来已有许多高精度格式lbJ世,如BBC〔吕〕、ETBFCT〔4〕、TVD〔“’等。 Godunov基于Ri。,nonn间断分解,构造了著名的Godonov〔GDM〕格式〔6〕,由于它是建立在、间断分解的基础上构造的,而且满足嫡条件,因此在求解激波间题时相当有效。Glimm〔,〕构造了Godunov格式的一个变形—随机选取法〔RCM〕;Sod‘“’构造...&
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一、引言一_。 兰州位于青藏高原与黄土高原交汇地l芯一丫入}带,是一个南北两山夹峙之中的高原山间盆1了/西沐沪,成份IIJ,!地,黄河自西向东流经市区。这里是我国新「)白~竺川晶翎忿?区泛扩甲丫资峰口‘)_}兴的石油化学工业城市,也是我国大气污染l~肾厂、味班经级.、飞月最为严重的城市之一。除了由于历史原因所!_‘.、少‘。__、、已山尸洲‘tJto}造成的工业布局和城市规划不合理外,高原!。观鳅点)、声、丫}山间盆地地形所形成的特定边界层气象条!’.“摊\飞二山又}件,也是引起冬季严重大气污染的重要原因..一马又I之一。本文着重分析研究高原山间盆地冬季L-we一一-一一一一一一一‘~一一七二丈一二泣‘二一口边界层1。。om以内(下同)的逆温特征、图1观测点示意图生消规律,及其对大气污染的影响。产低空探空仪两种仪器的对比观测。对比观 二、资料来源和有关规定测是在同等气象条件下,利用系留气球等 本文分析资料系用兰州第二热电厂和甘高...&
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氧化沟推流设备的计算流体力学模型研究
Ｙ１ ４１ ２４２６中国科学技术大学硕士学位论 又●⑥氧化沟推流设备的 计算流体力学模型研究作者姓名： 勾全增学科专业：导师姓名： 完成时间：环境工程 黄卫东副教授－－００八年十一月二十六日摘要摘要本研究是以氧化沟系统中常用的推流设备为研究对象，分别对潜水推流器和 倒伞型表面曝气机的推流作用进行了数值模拟。本研究采用了动量源项方法，在 三维标准ｋ．ｅ湍流模型的基础上根据潜水推流器和倒伞型表面曝气机的构造以 及几何尺寸发展了计算流体力学预测模型，用来描述两种推流设备对流体流动的推动作用，并且分别在拖曳水池和全尺度的卡罗塞氧化沟内进行了模拟计算和实 验验证，实验结果和模拟计算预测的结果有良好的一致性。证实了对网格宽度尺度的独立性和模型的可靠性，以及对实际工程具有一定的指导意义。关键词：计算流体力学氧化沟潜水推流器表面曝气机动量源项ＡｂｓｔｒａｃｔＡ ｂｓｔｒａｃｔＮｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ ｍｉｘｅｒｓｏｕｒｃｅａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ａｅｒａｔｏｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ．Ｍｏｍｅｎｔｕｍｔｅｒｍｓ ｗｅｒｅｏｎａｄｄｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ．Ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ ｔｈｒｅｅ―ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３Ｄ）ｋ－ｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ＣＦＤ ｍｏｄｅｌ．Ａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｗａｓｓｏｕｒｃｅｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｍｅｎｔｕｍｂａｓｅｄｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｉｍｐｅｌｌｅｒｓ．Ｔｈｅ ＣＦＤ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄａｔａ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｆｒｏｍｔｅｓｔｐｏｎｄ ａｎｄｆｕｌｌ―ｓｃａｌｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ．Ａｎａｇｒｅｅｍｅｎｔ 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法中延时曝气法的一种特殊形式。它的池体狭长，池深较浅，在转弯处设有表面 曝气装置，通常由表面曝气装置驱动封闭沟道内的污水和活性污泥混合液循环流 动驱动封闭沟道内的污水和活性污泥混合液循环流动（ＢｒｕｃｅＭｃＣａｒｔｙ，２００１）。Ｅ．Ｒｉｔｔｍａｎｎ，Ｐｅｒｒｙ Ｌ．氧化沟工艺是由荷兰卫生工程研究所（ＴＮＯ）在五十年代研制成功的。第一家氧化沟处理厂于１９５４年在荷兰的沃绍本（Ｖｏｏｒｓｈｏｐｅｎ）投入使用，它是由该所的Ａ．Ｐａｓｖｅｅ博士设计的，服务人口为三百六十人。这是一种间歇流的处理厂，其中氧化沟同时用作二次沉淀池。由于帕斯维尔博士的贡献，这项技术又被称为帕斯维尔沟。氧化沟自从Ｐａｓｖｅｅｒ氧化沟１９５４年出现以来，就是依靠其简便的方式处理污水而得到不断发展的。氧化沟应用多年，经久不衰，而且取得相当多的突破，例如：１９６８年出现了Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ氧化沟，１９７０年出现了Ｏｒｂａｌ氧化沟，８０年代初出现了一体化氧化沟等。其中Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ氧化沟发展十分的迅速，１９９３年出现了Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ２０００型氧化沟，１９９９年又出现了Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ ３０００型氧化沟，１９９８年出现了Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ １０００型氧化沟，而且还在不断发展。 氧化沟工艺具有下列特征和优点：（１）具有封闭的沟渠形，污水和活性污泥的混合液在其中进行循环流动。 水力停留时间长，兼有推流型反应池和完全混合型反应池的特点，有利于克服沟内污水的短流现象，提高了缓冲能力； （２）由于混合液的推流运动，沟中溶解氧浓度随位置不同而变化，存在一 定的浓度梯度分布，在沟渠中形成富氧区、缺氧区甚至厌氧区，这样有利于硝化 与反硝化、脱氮及磷的去除；第一章绪论（３）完全混合能力强，沟中功率密度的不均匀分布有利于氧的传质、液体的混合和污泥絮凝； （４）污水的循环量是进水的十倍甚至数十倍，具有较强的抗冲击负荷能力；（５）剩余污泥量较少。氧化沟采用的污泥泥龄很长，其剩余污泥量比一般活性污泥法大为减少，且通过好氡消化作用后基本趋于稳定，故污泥无需消化处 理即可在浓缩、脱水后加以利用或最后处理； （６）整体体积功率密度较低，可以节约能源、降低能耗，处理流程简单，管 理维护也比较方便。氧化沟工艺也有不足之处，几乎普遍存在着池底积泥的现象，极大的影响了氧化沟工艺的处理效果（曹瑞钰等，２００１）。１．１．２氧化沟系统常用的推流设备氧化沟作为一种延时曝气系统，要想获得其独特的混合和处理效果，混合液 必须以一定的速度在沟内循环流动。一般认为，最低流速应为Ｏ．１５ｍ／ｓ，不发生 污泥沉降的平均流速应达到０．３．０．５ｍ／ｓ。为此，常采用在沟道底部安装潜水推流设备来改善氧化沟的局部流场，以避免污泥沉积的现象。 推流和曝气设备作为氧化沟工艺中最主要的机械设备，兼有充氧、推动、混合等功能，是影响氧化沟处理效率、能耗及稳定性的关键之一。下面简要介绍几 种在氧化沟处理工艺中经常采用的推流和曝气设备。 （１）曝气转刷曝气转刷主要有Ｋｅｓｓｅｎｅｒ转刷、笼型转刷和Ｍａｍｍｏｔｈ转刷三种，一般用于帕斯维尔氧化沟中。 （２）曝气转盘 曝气转盘在氧化沟中起着充氧、混合、推动水流作循环流动和防止活性污泥沉淀等作用，它表面设有规则排列的楔形凸出物，以增强推动混合和充氧效率，盘上丌有许多不穿透小孔（称为曝气孔），使空气分散到液体中以达到充氧的目 的。 （３）立式表面曝气机立式表面曝气机是专为卡罗塞尔氧化沟设计的，一般每条沟安装一台，置于反应池的一端。它的提升能力强，允许有较大的沟深（４～５ｍ），应用较为广泛。立式表面曝气机有固定式和浮筒式两种，而固定式立式曝气机的规格品种最 多，倒伞型叶轮曝气机的充氧方式是以液面更新为主，水跃及负压吸氧为辅，目前广泛应用的卡罗塞尔氧化沟就多是采用这种曝气机。 （４）抽吸式曝气机２第一章绪论抽吸式曝气机通常是倾斜安装在反应池中，是一种叶轮抽吸式曝气搅拌机。 抽吸式曝气机的工作原理是：空气被吸入水面以下并且被高速旋转的叶轮搅碎， 中空的螺旋桨驱动轴顶端连接着电机轴，其底端与螺旋桨和扩散器连在一起。驱 动轴上部有孔洞，空气通过它得以进入水下。螺旋桨在水下高速旋转形成负压并 产生液体流，在压力差的作用下，空气通过空心驱动轴进入水中。螺旋桨形成的 水平流将空气转化成细微、均匀的气泡。由于曝气机安装上的灵活性，它在任何 形状的反应池中几乎都能良好地工作。 （５）射流曝气机 射流曝气机有自吸式和供气式两种形式，安装在氧化沟底部，具有曝气充氧、 混合、推动水体循环流动和防止活性污泥沉淀的作用。 自吸式射流曝气机由潜水泵和射流器组成。当潜水泵工作时，高压喷出的水 流通过射流器喷嘴产生射流，通过扩散管进口处的喉管时，在气水混合室内产生 负压，将液面以上的空气由通向大气的导管吸入，经与水充分混合后，空气与水的混合液从射流器喷出，与沟中的水体进行混合充氧，并形成环流。供气式射流曝气机一般由单一的射流器构成，外接加压水管、压缩空气管。 工作原理为送入的压缩空气与加压水充分混合后向水平方向喷射，形成射流和混 合搅拌区，对水体充氧曝气。 （６）潜水推流器 潜水推流器是一种兼搅拌混合和推流功能为一体的浸没式污水处理设备，主 要由潜水电机、密封机构、叶轮、手摇卷扬机构、电气控制等部分组成。该设备 通过大尺寸叶轮将液体向前推进的同时，将污水处理设备里的混合液进行充分的 搅拌混合，以改善水处理设备的水流条件。在本研究中，主要研究表面曝气机和潜水推流器驱动的氧化沟流动情况，表面曝气机虽然是曝气设备，但具有很好的推流作用，广泛应用在氧化沟曝气池中，是推动氧化沟沟道内流体流动的主要设备之一。 １．１．３计算流体力学简介计算流体力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ简称ＣＦＤ）是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的－ｆ７新型的独立学科，通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问 题研究的目的。它兼有理论性和实践性的双重特点，建立了许多理论和方法，为现代科学中许多复杂流动和传热问题提供了了有效的计算技术。 ＣＦＤ计算相对于实验研究，具有成本低、速度快、资料完备、可以模拟真 实及理想条件等优点。近些年来，作为研究流体流动的新方法，ＣＦＤ得到了越第一章绪论来越广泛地应用（屈强，２００５）。 ＣＦＤ的发展与计算机技术的发展直接相关。这是因为可能模拟的流体运动 的复杂程度、解决问题的广度和能模拟的流体运动的复杂程度，都与计算机速度、 内存等直接相关；所以在计算流体力学中： １、仍必须依靠一些较简单的、线性化的、与原问题有密切关系的模型方程 的严格数学分析，给出所求解问题的数值解的理论依据。 ２、然后再依靠数值试验、地面试验和物理特性分析，验证计算方法的可靠 性，从而进一步改进计算方法。试验研究、理论分析方法和数值模拟是研究流体运动规律的三种基本方法，它们的发展是相互依赖、相互促进的。计算流体力学的兴起促进了流体力学的发展，改变了流体力学研究工作的状况，很多原来认为很难解决的问题，如超声速、高超声速钝体绕流、分离流以及湍流问题等，都有了不同程度的发展，且将为流体力学研究工作提供新的前景。１．２立题依据氧化沟中的液体流动的过程非常复杂，尤其是在推流设备周围，实验手段很难完全了解和掌握其中的液体流动的特征。为了改善氧化沟系统的设计和运行， 优化氧化沟推流设备的设计和选型，需要对液体流动的复杂过程作进一步的研 究。功能强大的数值模拟能帮助了解处理设施中复杂的水力学过程，增强对系统动态行为的预测，从而达到优化设计，改善处理性能的目的。因此，发展合适的 数值模型就变得十分重要。本课题“氧化沟推流设备的计算流体力学模型研究”是在国家高技术研究发展计划（８６３计划）课题“城市污水氧化沟处理工艺的设备成套化研究”的基础上 提出的（编号Ｎｏ．２００４ＡＡ６０１０６５），希望通过计算流体力学数值模拟来研究推流设备对氧化沟的内部流场的影响，建立推流设备的通用计算流体力学模型，以实现对氧化沟流动状态以及推流设备的结构和性能的优化。１．３文献回顾及国内外研究进展１．３．１国内方面在氧化沟的推流设备数值模拟方面，罗麟等（２００３）利用三维缸６湍流数学 模型模拟了一体化氧化沟的流场，采用移动网格技术模拟转刷的转动及沟内动力第一章绪论的来源，对沟内流态进行了详细分析，在水动力学层面提出了对现有设计进行优化改进的措施。张宗才等（２００４）采用ｋ．（１嗦流数学模型对卡鲁塞尔（Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ）氧化沟的流场及水力学进行了分析计算，模拟了氧化沟水体的流动状态。邓荣森等（２００５）等利用三维肛６湍流数学模型模拟了圆形Ｏｒｂａｌ氧化沟的流速场，采用移动网格技术模拟转碟的转动及沟内动力的来源，理论计算结果与试验结果相 吻合。此外，对沟内流态进行了分析，在水动力学层面上提出了对现有设计进行 优化改进的措施。陆豪等（２００８）采用通过采用肛（；湍流数学模型和ＭＲＦ模型模拟了卡罗塞尔氧化沟内表面曝气机对氧化沟流场的影响，所得结果为氧化沟的 设计提供了技术支持，为氧化沟工程的实际运行提供了参考方案。国内的许多环保公司如国祯环保科技有限公司、江苏亚太水工机械集团有限 公司和南京深蓝有限公司等也积极开始了对潜水推流器的研究，并且在应用计算 流体力学来研究潜水推流器上，也取得了一些进展。但总的来说，应用计算流体力学对潜水推流器驱动的流场的模拟还有待与深入研究。１．３．２国外方面Ｓｔａｍｏｕ（１９９３）采用２Ｄ垂直平均珏６湍流模型来模拟氧化沟。Ｋａｒａｍａ等（１９９９）使用ＣＦＤ软件工具ＰＨＯＥＮＩＣＳ模拟研究了厌氧活性污泥反应器，模拟 结果同ＲＴＤ（停留时间分布）和ＯＲＰ（氧化还原电位）测试的结果具有一致性。ＤｅＣｔｅｒｃｑ（１９９９）等用１Ｄ模型来研究氧化沟中简单的水力学特征。Ｓｉｍｏｎ等（２００１）发展了基于质量和动量平衡的理论模型来预测叶轮产生的流体平均循环 速度。 Ｐｅｒｉｃｌｅｏｕｓｌ（１９８７）提出了“动量源＂模型，把桨叶对流体的作用看作流体动量 的产生源，采用切向方向的附加源。模拟了单层、多层六直叶涡轮二维速度场分 布，模拟计算结果与实验结果基本接近。Ｘｕ等（１９９６）对“动量源＂模型进行 了修改和完善，提高了模型预测的准确度。他们使用动量源模型边界条件进行搅拌槽内流动场的数值模拟。用三维切向时均动量源只来代替桨，只是局部几何 尺寸和速度的函数，在稳态下求解。Ｘｕ等（１９９６）的预测结果与ＬＤＶ实验结果比较，发现轴向、径向速度吻合的很好，但切向速度偏高。这主要是动量源模型在切向上被平均化（如在桨内等半径处和切向位置，动量被恒定分配）的缘故。精确性主要取决于使用的边界条件。Ｌｉ砌ｅｔｏｎ（２００１）采用动量源项方法和３Ｄ流 体力学模型来模拟转碟驱动全尺度氧化沟和实验水池中的流场。第一章绪论１．３．３本文的创新点近年来，在氧化沟系统的推流设备的计算流体力学研究上已经取得了一些的 进展，用来模拟氧化沟系统中的推流设备的推流作用特性的研究成果相继出现。 但这些研究大多数是模拟氧化沟内单一推流设备运行时液体的流动情况。 ’本研究在前人研究的基础上采用改进得简单动量源项的方法作为氧化沟推 流设备的通用数学模型，模拟了潜水推流器与倒伞型表面曝气机的推流作用。在 前人的工作中，在化工搅拌领域Ｐｅｒｉｃｌｅｏｕｓｌ（１９８７）提出了切向动量源的方法，Ｘｕ等（１９９６）对“切向动量源＂模型进行了修改和完善，他们采用动量源项作为边 界条件进行了进行搅拌槽内流动场的数值模拟。在氧化沟模拟方面，Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ（２００１）采用动量源项来模拟表面曝气机曝气及驱动的氧化沟。但Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ（２００１） 的动量源项方法同本研究的动量源项方法不同，前者所使用的动量源项是在实验 结果的基础上根据曝气机对流体的推动作用的实验结果来计算曝气机动量源，本研究中假设推流设备叶片工作区域内的流体流动的速度与推流设备吐片运动的速度一致，在此基础上的基于推流设备叶片的转速和几何尺寸来给定动量源。同 时本研究对全尺寸氧化沟内潜水推流器与倒伞型表面曝气机的联合推流作用进行了数值模拟，具有一定的实际工程指导意义。１．４本文研究的主要内容本文主要使用计算流体力学手段来研究氧化沟系统中推流设备的推动性能， 发展了基于计算流体力学原理的潜水推流器和倒伞型表面曝气机的动量源项模 型。主要研究内容为： １．对潜水推流器的工作流场进行了模拟和实验验证，研究发展了潜水推流 器的计算流体力学模型；２。根据前人研究资料对倒伞型表面曝气机驱动的全尺度卡罗塞尔氧化沟进行了数值模拟，并进行了实验验证；３．对倒伞型表面曝气机和潜水推流器联合驱动的全尺度氧化沟进行了流场 模拟。具体研究方法分三步：首先，根据潜水推流器和倒伞型曝气机叶轮的结构特 征建立动量源项的数学模型；引入到计算流体力学软件Ｆｌｕｅｎｔ中，然后，采用计 算流体力学软件ＦＬＵＥＮＴ求解方程组；最后，在试验水池和氧化沟中进行试验， 根据试验中测量得到的流场数据与模型预测数据相比较，验证模型的可靠性以及 模拟结果的可应用型。６第二章计算流体力学模型的选择第二章计算流体力学模型的选择２．１概述计算流体力学是利用数值方法通过计算机求解描述流体运动的数学方程，获 得流体运动的物理规律，包括研究定常流体运动的空间物理特性和非定常流体运 动的时空物理特征。计算流体力学不同于实验研究和理论分析方法，其主要的特点有：１．扩大了研究范围 采用数值模拟方法解决了一些原来认为难以解决的问题。比如超声速、高超声速钝体绕流、分离流、涡动流、真实气体效应、湍流直接数值模拟等原来认为难以求解的问题，通过数值模拟方法都能得到解决。 ２．能给出较完整的定量结果 在物理问题的数学方程及边界条件『Ｅ确的前提下，数值模拟较实验研究和理 论分析方法的优点在于它不仅能研究如雷诺数、流体性质、模型尺度、入流条件 这样的流动参数，而且能给出定常流动的空间流场和非定常流动的时空流场的定 量结果。 ３．数值解总是离散近似解 数值模拟的基本方法是求解逼近描述流体运动基本规律的数学方程及其边 界条件的离散方程。即便所选择的数学方程是所研究物理问题的准确方程，但由于数值求解过程中会引入误差，如离散误差，求解方法中的误差（迭代误差，舍入误差等），所得到的数值解也总是离散的近似解。实验研究、理论分析和数值模拟方法是研究流体运动的三种基本方法，它们的发展是相互依赖相互促进的。对于复杂的流动问题，如燃烧、多相流、湍流等， 建立正确的数学方程必须与实验研究和理论分析方法相结合。 在环境工程领域，经常需要对工程问题中的现象进行预测，如：流场特征、压力、温度分布、浓度分布等。由于工程上的大部分流体力学问题是高度非线性 的，很难通过求解Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程来获得解析解。随着计算机技术、数值计 算方法和大量的计算流体力学工具的发展，计算流体力学已经能够预测理论计算不能预测的复杂流动现象。与实验研究相比，计算流体力学具有省钱、省时、省力、速度快、信息完整、模拟能力强等优点。然而，计算流体力学还不是很成熟的技术，在用计算流体力学对流动现象进行预测的时候，计算的结果既取决于计算方法，也取决于数学模型本身。数值模 拟的价值程度依靠数学模型的精确和恰当程度。因此，发展环境工程领域的计算第二章计算流体力学模弛的选择流体力学方法和丰富相关数学模型对促进环境工程技术的发展起着十分重要的 作用。２．２计算流体力学湍流模型及方程介绍湍流模型，就是以雷诺平均运动方程与脉动运动方程为基础，依靠理论与经 验的结合，引进一系列模型假设，而建立起的一组描写湍流平均量的封闭方程组。 湍流模型主要有：Ｓｐａｌａｒｔ．Ａｌｌｍａｒａｓ湍流模型、肛ｓ系列湍流模型、缸∞湍流模型、 雷诺应力湍流模型等。 本文在计算中选用的是缸￡系列湍流模型对比了ＲＮＧ ｋ－ｅ湍流模型以及可实 现性珏￡湍流模型２．２，１标准七一￡模型标准融ｓ模型是个半经验公式，是从实验现象中总结出来的。它是双方程约 束的湍流模型，主要基于湍流动能和湍流动能耗散率。七方程是个精确方程，￡ 方程是个由经验公式导出的方程。缸ｓ模型假定流场完全是湍流，分子之间的粘性可以忽略。标准良ｓ模型因而只对完全是湍流的流场有效。 标准ｋ－ｅ湍流模型因为其适用范围广，精度合理，自从其被Ｌａｕｎｄｅｒ和 Ｓｐａｌｄｉｎｇ提出之后，就变成了－ｒ－程流场计算中主要的工具。湍流动能方程聊耗散率方程（：是：昙似）＋毒（触扣考睁＋箦］考ｌ……………………。２Ⅲ＋Ｇｔ―Ｐｓ昙沁，＋毒ｃｐ剁乒苦睁＋等）考］…………………∞、＋ｃ。。｛（Ｇ。）一Ｃ：。ｐ÷方程中，ｐ是流体密度，ｘ，和ｘ，代表笛卡尔坐标，七是湍流动能，￡是动能 耗散率，豁，是速度在ｆ方向的分量，∥为分子动力粘度，以是湍流粘度，瓯表示 由层流速度梯度而产生的湍流动能，Ｃ，。、Ｃ：。和Ｃ，。是常量，吼和ｑ是尼方程湍流粘度∥，由下式确定：第二二章计算流体力学模型的选择舻孵等……………………………………………ｐ３，Ｇｋ由下面的方程计算：ｑ一∥甜杉吾…………………………………………。（２?４）模型常量ｃ１。＝１．４４，Ｃ２。＝１．９２，Ｃ譬＝０．０９，呱＝１．０，仃。＝１．３。这些常量是从试验中得来的，包括空气、水的基本湍流，在大多数情况下是适用的。２．２．２ＲＮＧ后一Ｆ模型Ｉ斟Ｇ舡￡模型来源于严格的统计技术，是从暂态Ｎ．Ｓ方程中推出的，使用了一种叫“ｒｅｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ ｇｒｏｕｐ”的数学方法，它和标准ｋ－ｅ模型很相似，但是ＩⅢＧ模型在ｓ方程中加了一个条件，使得精度得到了有效的改善，还提高了在湍流漩涡方面的计算精度。ＲＮＧ理论为湍流Ｐｒａｎｄｔｌ数提供了一个解析公式，然而标准ｋ－ｅ模型使用的是用户提供的常数。标准乜ｓ模型是一种高雷诺数的模型，ＲＮＧ理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式。这些特点使得Ｉ矾Ｇ乜￡模型比标准ｋ－ｅ模型在更广泛的流动中具有更高的可信度和精度。丢似）＋毒似¨５毒卜∥够考ｊ．－．．………………俐，，＋Ｇｋ＋Ｇｂ―Ｐｓ耖扣，２考（如乱……………………－吖２ｍ，“、ｅ鼍Ｇｋ＜２ｅｐ专口ｋ和口。用下面的公式计算：一???ｏ?’??????●????????????‘??ｏ?ｏ?ｆ，．Ｉ＾ｌ＝譬………………………（２．１３）ｐ皤Ｒ。由下面的公式给出：耻竺篓掣￡… … … … … … … …删４）１１七Ｂｎｌｋ＼‘１ｊ９第二章计算流体力学模型的选择．ｋ７７＝３一……………………………………………………………………（２．１５）占上面的方程中，夕为热膨胀系数，口々和口。是ｋ方程和ｓ方程的湍流Ｐｒａｎｄｔｌ 数，∥够是涡漩粘度（同∥，的计算公式相同），尺。表示瞬变流产生项，口ｏ＝１．０， 在大雷诺数情况下，口ｔ＝口。≈１．３９３，ｒ／ｏ＝４．３８，∥＝０．０１２。２．２．３可实现性七一Ｆ模型可实现性肛ｓ模型是近期才出现的，比起标准肛ｓ模型来有两个主要的不同 点：可实现性肛ｓ模型为湍流粘性增加了一个公式；为耗散率增加了新的传输方 程，这个方程来源于一个为层流速度波动而作的精确方程。可实现性缸６模型 适用于旋转均匀剪切流，自由喷射和混合流，复杂二次流，管道和边界流，还有 分离流，尤其需要注意的是这种模型可以解决圆柱射流。 模型的方程如下：妄似）＋毒缸¨＝丢睁＋箦］考］＋Ｇ＾＋Ｇ６一ｐ占一％＋Ｓ‘…………………。２舶，昙ｋ，＋毒妇乒毒睁＋箦］考］．．．．……………吖２椰、＋ｐＣＩＳｓ―ｐｃ２＋ＣＩ￡专ｃ３ＥＧｂ＋Ｓｓｃ１＝ｍａｘｌｏ．４３，焘１．．．．………Ｉ………………………（２．１８）在上面的方程中，ｖ是湍流动力粘滞率，Ｃ，和Ｃ：为常量（Ｃ：＝１．９）。可实现 性ｋ－Ｇ模型的足方程与标准红￡模型牙ＤＲＮＧ模型的后方程是一样的。然而ｇ方程确实 大不相同，一个值得注意的问题是在ｓ方程中产生的一项并不包含在ｋ方程中（比 如它并不包含相同的Ｇ项）。该模型的一个主要不足是在计算旋转和静态流动区域时不能提供自然的湍流粘度。 可实现性小￡模型标准、ＲＮＧ和标准ｋ－ｅ模型有相似的形式，从本质上它 们是一样的，都有尼方程和ｓ方程。但每个模型计算湍流粘性的方法和模型的常 数不一样。ｌＯ第二章计算流体力学模犁的选择２．３数值方法介绍在计算流体力学中，研究流体运动规律的手段是采用数值计算方法。数学模型选定之后，就必须采用合适的数值计算方法将微分方程变成等效的、近似的代 数方程，然后求解数学方程，以数值模拟的结果为依掘研究流体运动的物理特征。 目前发展较为成熟，应用较为广泛的计算方法有：有限差分方法、有限体积法、有限元方法和谱方法。本研究所使用的计算工具为基于有限体积法的Ｆｌｕｅｎｔ，所以这里只简单介绍有限体积方法。２．３．１有限体积方法Ｖｏｌｕｍｅ有限体积法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｖｏｌｕｍｅ Ｍｅｔｈｏｄ，ＦＶＭ）又称为控制体积法（ＣｏｎｔｒｏｌＭｅｔｈｏｄ，ＣＶＭ）。其基本思路是：将计算区域划分为一系列不重复的控制体积，并使每个网格点周围有～个控制体积：将待解的微分方程对每一个控制体积积 分，便得出一组离散方程。其中的未知数是网格点上的因变量的数值。为了求出 控制体积的积分，必须假定值在网格点之间的变化规律，即假设值的分段分布的 分布剖面（王福军，２００４）。 从积分区域的选取方法看来，有限体积法属于加权剩余法中的子区域法；从 未知解的近似方法看来，有限体积法属于采用局部近似的离散方法。简言之，子 区域法属于有限体积发的基本方法。 有限体积法的基本思路易于理解，并能得出直接的物理解释。离散方程的物 理意义，就是因变量在有限大小的控制体积中的守恒原理，如同微分方程表示因 变量在无限小的控制体积中的守恒原理一样。有限体积法得出的离散方程，要求因变量的积分守恒对任意一组控制体积都得到满足，对整个计算区域，自然也得到满足。这是有限体积法吸引人的优点。 有一些离散方法，例如有限差分法，仅当网格极其细密时，离散方程才。满足积分守恒；而有限体积法即使在粗网格情况下，也显示出准确的积分守恒。就离散方法而言，有限体积法可视作有限单元法和有限差分法的中间物。有限单元法必须假定值在网格点之间的变化规律（既插值函数），并将其作为近似 解。有限差分法只考虑网格点上的数值而不考虑值在网格点之间如何变化。有限体积法只寻求的结点值，这与有限差分法相类似；但有限体积法在寻求控制体积 的积分时，必须假定值在网格点之间的分布，这又与有限单元法相类似。在有限 体积法中，插值函数只用于计算控制体积的积分，得出离散方程之后，便可忘掉插值函数；如果需要的话，可以对微分方程中不同的项采取不同的插值函数。第二章计算流体力学模型的选择２．３．２ＳｆＭＰＬＥ算法ｆｏｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＬｉｎｋｅｄＳＩＭＰＬＥ（Ｓｅｍｉ．Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＭｅｔｈｏｄＥｑｕａｔｉｏｎｓ）意思是求解压力耦合方程组的半隐式方法。该方法是Ｐａｎｔａｎｋａｒ与Ｓｐａｌｄｉｎｇ在１９７２年提出的， 它是压力修正法中最基本的一种，这种算法提出不久很快就成为计算不可压流场的主要方法，随后这一算法以及其后的各种改进方案成功的推广到可压缩流场计 算中，已成为～种可以计算任何流速的流动的数值方法。ＳＩＭＰＬＥ算法是目前工程领域应用最为广泛的一种流场计算方法（王福军，２００４）。 ＳＩＭＰＬＥ算法的假设条件： 基本假设：速度场的假定与压力场的假定各自独立进行，二者无任何联系。 对假定压力场的修正通过己求解的速度场的质量守恒条件得到。 中间速度通过求解当前压力得到，如果求解速度不能满足质量守恒条件，对过对压力添加一个修正量修『Ｆ，速度场也随之得以修『Ｅ。 第二假设：在做速度修正时，忽略不同位置的速度修『Ｅ量之间的影响。压力修正的基本思想是：在对Ｎ―Ｓ方程的离散形式进行迭代求解的任一层次上，可以给定一个压力场，它可以是假定的或者是上一层计算得出的。一个正确的压力场应该使计算得到的速度场满足连续方程，因此需要对给定的压力场做改 进，即进行修正，原则是与改进后的压力场相对应的速度场能满足这一迭代层次 上的连续方程。据此来导出压力的修『Ｆ值与速度的修『Ｆ值，并以修正后的压力与速度开始下一层的迭代计算。 构造压力修丁Ｆ值（压力修『Ｆ方程）和速度修正方程是Ｓｉｍｐｌｅ算法关键。所 给出的ＳＩＭＰＬＥ算法的具体步骤如下： （１）假定一个速度分布１２０和ｖＤ，以此计算动量离散方程的系数与常数项。 （２）假定一个压力场Ｐ’。 （３）利用ｐ’求解动量离散方程，得出Ｕ＋、１，＋；（４）求解压力修正值Ｐ’； （５）利用ｐ’及甜＋、ｖ＋求改进速度值ＵＯ、ｖＤ （６）根据改进后的速度求解离散方程系数及源项中有影响流场的其他物理且 里ｏ（７）用改进后的压力场作为下一层次的ｐ’，直至迭代收敛。Ｓｉｍｐｌｅ算法是一种主要拥有求解不可压流场的数值方法，也可用于求解可压 流动。它的核心是采用“猜测．修正”的过程。基本思想：对于给定的压力场（它 可以是假定值或是上一次迭代计算所得到的结果），求解离散形式的动量方程，得出速度场。第二章计算流体力学模型的选择．２．４网格生成网格生成是计算流体力学计算工作的重要组成部分，计算的精确度在很大程度上依赖于所生成的网格的质量。目前较为成熟的构造复杂外形网格的方法有结 构网格方法和非结构网格方法。 结构化网格（如卡笛尔网格、逻辑性强的矩形网格等）的网格信息只通过网 格的索引隐性地给出，不用存储网格点之间的连接信息。而非结构化网格的网格点之间的连接信息必须存储起来，不然无法知道某一单元是由那些点组成，其内 存、空间需求相对大些，但可以处理复杂几何形状问题。对于结构化网格，在计算区域内的网格面和网格线都应该保持连续， 网格的布局是通过代数方程或微分方程的求解确定的，因此网格的节点的结构是有限 制的。 一般来讲，非结构化网格可以具有任意结构，并且其网格中的一个点周围的 网格点数与网格单元数都不是固定的，可以方便地进行复杂计算域的自适应计算，合理分布网格的疏密，提高计算精确度。通常对于二维人们都选用三角形网 格，三维时选用四面体网格，也就是说网格的类型是统一的，因为三角形和四面 体对应为二维和三维空间最简单的形状，任何空间区域都可被三角形（二维）或四 面体（三维）所填满，故任何计算域都可以被三角形或四面体为单元的网格所划分。另外，还要求所生成的网格没有折叠，且避免网格落在计算域外。第二章计算流体力学模型的选择 ２Ｄ网格单元口ｊ：ｉ角彤四边形３Ｄ网格举元网而体彤，ｉ而体形棱彤金７塔形幽２．１网格单元类溅Ｆｉｇ．２．１ Ｃｅｌｌ ｔｙｐｅｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｒｅａｔｅ ｍｅｓｈ网格划分时，二维问题可以使用四边形网格和三角形网格；三维问题可以使用六面体、四面体，金字塔形以及楔形单元，其中六面体的精度最高，但是化分时比较复杂，在复杂的几何外形计算域的网格划分时，只用六面体单元根本很难 完成网格的化分。网格单元的具体形状请看下面的图形。 近年来，网格生成技术发展迅速，加之基于图形的计算机技术的发展，表面几何处理开始逐渐引进ＣＡＤ技术和数模技术等表面几何处理技术，并在此基础 上构建新一代的网格生成软件。国内外均有多家机构组织专人进行相应的专用软件开发，如ＧＡＭＢＩＴ、ＧＲＩＤＧＥＮ、ＥＡＧＬＥ、ＨＹＰＥＲＭＥＳＨ、ＣＦＤ软件平台等２．５计算流体力学计算软件介绍为了完成ＣＦＤ计算，越来越多的商用ＣＦＤ软件被开发出来，目前应用得比较多的ＣＦＤ商业软件有ＰＨＯＥＮＩＣＳ、ＣＦＸ、ＳＴＡＲ．ＣＤ、ＦＩＤＩＰ、ＦＬＵＥＮＴ等。除此之外，还存在着ＯＰＥＮＦＯＡＭ等开源ＣＦＤ软件，促进ＣＦＤ软件的发展。在 这些软件中，应用面最广、影响最大的ＣＦＤ软件是ＦＬＵＥＮＴ。本节将简要介绍几种常见的ＣＦＤ软件。１４第二章计算流体力学模型的选择２．５．１ＰＨＯＥＮ ＩＯＳ软件ＰＨＯＥＮＩＣＳ（Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ Ｏｒ Ｅｌｌｉｐｔｉｃ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ＣｏｄｅＳｅｒｉｅｓ）是世界上第一套计算流体与计算传热学商用软件，由ＣＦＤ著名学者 Ｄ．Ｂ．Ｓｐａｌｄｉｎｇ和Ｓ．Ｖ．Ｐａｔａｎｋａｒ等提出，由英国ＣＨＡＭ（ＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎＭｏｍｅｎｔｕｍＨｅａｔ ＡｎｄＬｔｄ．）公司与１９８１年开发完成，至今已有近３０年的历史。它主要用于模拟传热、流动、反应、燃烧过程。 ＰＨＯＥＮＩＣＳ具有自己独特的功能：（１）开放性。ＰＨＯＥＮＩＣＳ最大限度地向用户开放了程序，用户可以根据需要添加用户程序、用户模型。（２） （３）ＣＡＤ接口。ＰＨＯＥＮＩＣＳ可以读入几乎任何的ＣＡＤ软件的图形文件。 运动物体功能。可以定义物体运动，克服了使用相对运动方法的局限性。（４）多种模型选择。提供多种湍流模型、多相流模型、多流体模型、燃烧模型、辐射模型等。（５） （６）双重算法选择。即提供了欧拉算法也提供了拉格朗同算法。 多模块选择。ＰＨＯＥＮＩＣＳ提供了若干专用模块，用于特定领域的分析计算。２．５．２ＣＦＸ软件ＣＦＸ是第一个通过ＩＳ０９００１质量认证的商用ＣＦＤ软件，由英国的ＡＥＡ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司１９９１年开发完成，发展到现在ＣＦＸ已被化工和过程工业公认为 解决流体流动、传热、多相流、化学反应、燃烧问题的首选工程仿真软件。 ＣＦＸ软件是一种实用流体工程分析工具，其优势在于处理流动物理现象简 单而几何形状复杂的问题。适用于直角／柱面／旋转坐标系，稳态／ｊ｝稳态流动，瞬态／滑移网格，不可压缩／弱可压缩／可压缩流体，浮力流，多相流，非牛顿流体，化学反应，燃烧，ＮＯｘ生成，辐射，多孔介质及混合传热过程。ＣＦＸ采用有限元法，自动时间步长控制，ＳＩＭＰＬＥ算法，代数多网格、ＩＣＣＧ、Ｌｉｎｅ、Ｓｔｏｎｅ和Ｂｌｏｃｋ Ｓｔｏｎｅ解法。能有效、精确地表达复杂几何形状，任意连接模块即可构造所需的几何图形。在每一个模块内，网格的生成可以确保迅速、可靠地进行，这种多块式网格允许扩展和变形。 可以相对滑动或旋转。 ＣＦＸ引进了各种公认的湍流模型。例如：ｋ－Ｃ模型，低雷诺数如６模型，ＲＮＧ 滑动网格功能允许网格的各部分ｋ－Ｏ模型，代数雷诺应力模型，微分雷诺应力模型，微分雷诺通量模型等。ＣＦＸ第二章计算流体力学模型的选择的多相流模型可用于分析工业生产中出现的各种流动。包括单体颗粒运动模型， 连续相及分散相的多相流模型和自由表面的流动模型。２．５．３ＳＴＡＲ－ＣＤ软件ＳＴＡＲ－ＣＤ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｌｏｗ ｉｎ Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｒｅｇｉｏｎｓ－ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＤｙｎａｍｉｃｓ）是全球第一个采用完全非结构化网格生成技术和有限体积方法来研究工业领域中复杂流动的流体分析商用软件，最初是由流体力学鼻祖――英国帝国理工大学计算流体力学领域的专家教授开发的，后由ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＤｙｎａｍｉｃｓ Ｌｔｄ．公司推出。经过不断补充与完善，ＳＴＡＲ．ＣＤ成为同类软件中网格适应性、计算稳定性和收敛性最好的佼佼者。在网格生成方面，采用非 结构化网格，单元体可为六面体，四面体，三角形界面的棱柱，金字塔形的 锥体以及六种形状的多面体，还可与ＣＡＤ、ＣＡＥ软件接口，如ＡＮＳＹＳ，ＩＤＥＡＳ， ＮＡＳＴＲＡＮ，ＰＡＴＲＡＮ，，ＩＣＥＭＣＦＤ，ＧＲＩＤＧＥＮ等，这使ＳＴＡＲ．ＣＤ在适应复 杂区域方面的特别优势。 ＳＴＡＲ―ＣＤ可以进行包括传热、传质、多相流、化学反应流、可压与不可压等大量复杂工程实际问题的模拟分析。２．５．４ Ｆ ＩＤＡＰ软件ＤｙｎａｍｉｃｓＦＩＤＡＰ是由英国ＦｌｕｉｄＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ（ＦＤＩ）公司开发的计算流体力学与数值传热学软件。１９９６年，ＦＤＩ被ＦＬＵＥＮＴ公司收购，ＦＩＤＡＰ成为属于ＦＬＵＥＮＴ 公司的一个ＣＦＤ软件。ＦＩＤＡＰ软件完全基于有限元方法。它对涉及流体流动、传热、传质、离散 相流动、自由表面、液固相变、流固耦合等问题提供了精确有效的解决方案。２．５．５ＦＬＵＥＮＴ软件、ＦＬＵＥＮＴ是由美国ＦＬＵＥＮＴ公司于１９８３年推出的ＣＦＤ软件。它是继 ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件之后第二个投放市场的基于有限体积法的软件。ＦＬＵＥＮＴ是目 前功能最全面、适用性最广、国内使用最广泛的ＣＦＤ软件之一。 ＦＬＵＥＮＴ软件可以用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导计算等，具有很强的灵活性与高效性。ＦＬＵＥＮＴ公司现已被ＡＮＳＹＳ公司收购，而ＦＬＵＥＮＴ 软件也改名为ＡＮＳＹＳＦＬＵＥＮＴ。ＦＬＵＥＮＴ软件具有如下优点：（１）功能强，适用面广。包括了各种优化物理模型，如：计算流体流动１６第二二章计算流体力学模型的选择和热传导模型（包括自然对流、定常和非定常流动，层流，湍流，紊流，不可压 缩和可压缩流动，周期流，旋转流及时间相关流等）：辐射模型，相变模型，离 散相变模型，多相流模型及化学组分输运和反应流模型等。对每一种物理问题的 流动特点，有适合它的数值解法，用户可对显式或隐式差分格式进行选择，以期 在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳。（２）高效省时。Ｆｌｕｅｎｔ将不同领域的计算软件组合起来，成为ＣＦＤ计算机软件群，软件之间可以方便地进行数值交换，并采用统一的前、后处理工具。， 这就省却了科研工作者在计算方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的 劳动。而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上。（３）建立了污染物生成模型。包括ＮＯＸ和ＲＯＸ（烟尘）生成模型。２．５．６ＡＮＳＹＳ软件ＡＮＳＹＳ／ＦＬＯＴＲＡＮ软件采用有限元离散方法，是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的基于通用有限元算法大型计算流体动力学专用分析模块，是由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ＡＮＳＹＳ Ｉｎｃ．开发的。其强大 的多场耦合分析功能使得软件可以获得广泛的应用。可用于层流或紊流、绝热流 动或热相关的流动、可压缩流动和不可压缩流动、牛顿流体或非牛顿流体、单组份流动或多组份流动等的计算分析。ＡＮＳＹＳ软件可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。它可 应用于以下工业领域： 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。第二章潜水推流器的计算流体力学研究第三章潜水推流器的计算流体力学研究３．１前言潜水推流器是一种兼搅拌混合和推流功能为一体的浸没式污水处理设备，主要由潜水电机、密封机构、叶轮、手摇卷扬机构、电气控制等部分组成。该设备 通过大尺寸叶轮将液体向前推进的同时，将污水处理设备里的混合液进行充分的 搅拌混合，以改善水处理设备的水力学条件。氧化沟中的理想流态应该是规则流动。实际上，实际沟道中的水平流速是非常复杂的，在平均流速达到０．３ｍ／ｓ条件下，沟道内混合液的流速依然很不均匀， 存在着流速很小的区域，这些区域的局部流速往往小于Ｏ．１ｍ／ｓ，经常会形成污泥沉降。为此，采用安装潜水推流器来改善氧化沟沟道内混合液循环流动的速度分布，使混合液的流动获得工艺要求的流速，有效防止污泥的沉淀，提高氧化沟污 水的处理效率是一种很好的选择。计算流体力学是一种数值方法，通过求解描述流体流动状态数学方程，获得流体运动和混合等方面特征。计算流体力学工具在求解流体流动上功能强大。近十年来，计算流体力学被广泛应用来了解流动过程，帮助改善反应器的设计和运行。近年来，伴随着计算机技术的飞速发展，计算能力的不断提高，在潜水推流 器的数值模拟上已经取得了一些的进展。在国外方面，瑞典的飞力公司是最早开 发成功潜水推流器的，同时它也积极使用计算流体力学来研究潜水推流器，并且 取得了一些进展。在国内方面，许多国内的公司如国祯环保科技有限公司、江苏亚太水工机械集团有限公司和南京深蓝有限公司等在仿制国外产品的基础上也开始了对潜水推流器的自行开发设计研究，并且采用计算流体力学手段来研究潜水推流器的推动作用（罗麟等，２００３），主要使用Ｆｌｕｅｎｔ平台中的动网格模型， 在推流器的设计优化上得到了很大的帮助。但是，计算结果与实验结果之间差别 较大。目前应用计算流体力学手段对潜水推流器驱动的液体流动的水平流速分布进行模拟和预测还有待与迸一步的深入研究。 在本章研究中，在单相流三维计算流体力学模拟的基础上加入动量源项来模 拟由潜水推流器对流体的驱动作用，发展了基于潜水推流器叶轮几何尺寸和旋转速度的动量源项计算流体力学模型。同时，在拖曳水池中对潜水推流器的驱动能力进行了试验，通过比较理论计算结果与试验结果验证了该计算流体力学模型模拟的合理性。第三章潜水推流器的计算流体力学研究３．２潜水推流器的计算流体力学模型研究ＤＱＴ系列潜水推流器是国祯环保节能科技股份有限公司开发的低速潜水推流器，主要用于氧化沟污水处理系统。本节以ＤＱＴ系列潜水推流器中的 ＤＱＴ０５５－１８００为研究对象，通过水平流速测量试验来检验潜水推流器的计算流 体力学模型的准确性。’３．２．１水平流速测量试验ＤＱＴ０５５―１ ８００潜水推流器的水平流速特性实验是在中国船舶工业舰船总体 性能试验检测中心的拖曳水池进行的。该拖曳水池是目前国内最大的推进叶轮性 能测试水池之一，其长度为５００米，池宽１４米，水深７米。ＤＱＴ０５５．１８００低速 潜水推流器主要参数见表３．１：表３．１ ＤＱＴ０５５．１ ８００潜水推流器的主要参数Ｔａｂｌｅ３．１ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＤＱＴ０５５―１８００ ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｍｉｘｅｒ型号 ＤＱＴ０５５－１８００功率（ｋＷ）转速（ｒｐｍ）叶轮直径（ｍ）叶轮数５．５ ４４。９ １．８ ２潜水推流器被安装在水池的拖车上并固定牢。安装时检查了潜水推流器的垂直度和水平度，确保能测到真实的水平流速特性。潜水推流器安装在池宽的中央，叶轮轴线到水面的距离分别为２．５５ｍ。水平流速测量选用的测速仪为南京水利水文自动化研究所生产的旋桨式流速仪（ＬＳｌ２０６Ｂ型），流速仪的测量范围为０．０５．７．ＯＯｍ／ｓ，测量误差小于１．２％，流速仪叶轮直径为６０ｒａｍ。在推流器轴线的垂直面内安装了１４只流速仪，流速仪 轴线深度与潜水推流器轴线的深度保持一致，１４只流速仪保持在同一水平面上，流速仪叶轮轴线与水池及推流器轴线平行。 考虑到水平流速的左右对称性，本次测试仅测量与推流器轴线同样深度的一个水平面内的一半的水平流速分布。在实际测量时，由于流速仪是固定的，不易移动，只有通过一定拖车即推流器来改变潜水推流器和流速仪之间的距离。因靠近潜水推流器出口处的水平流速的速度变化较快，在轴向布置了较密的测定。 测量时，流速仪的输出信号经过光隔离后，输出到计算机的频率测量板，测 量出流速仪的输出频率，再根据流速仪的标定值计算出流速值。轴向距离较远时， 由于实际流速较低，因此，需要较长测量时间才能得到一个稳定的测量数据，一个点的实际测量为５分钟。流速的测量过程为：每６秒测一个数据，连续测量 ５０次，然后计算其平均值。１９第二章潜水推流器的计算流体力学研究３．２．２计算流体力学模拟计算流体流动要受到物理守恒定律的支配，基本的守恒定律包括：质量守恒定律、 动量守恒定律、能量守恒定律。控制方程就是这些守恒定律的数学描述。 （１）控制方程 为了模拟拖曳水池中的水平流速分布情况，研究采用了单相流三维计算流体 力学模型。计算介质为常温下的水，视为不可压缩流体。求解了动量方程、连续 性方程和标准红ｓ湍流方程（Ｒｏｄｉ，１９８０ａ；ｂ）。三维不可压缩流体运动的控制方 程如下： 连续性方程÷（肜ｆ）＝０…………………………………………………………（３．１）ＧＸｉ动量方程ｐ鲁一毒＋南似考＋善～３７一ｉ）七｜Ｄｇ｛七３ｉ ＋＿卜ｐｕ；ｔｌ ＋≤Ｌ（一夕改：玖））＋户ｇ，＋。霉ａ８０ａ＆。ｉ铷……………………（３－２）锨ｊ式中，ｘ，和ｘｊ为笛卡儿坐标，地和ｕｓ分别为ｘ席口ｘｊ方向的平均速度，Ｕ：和“？为湍流速度，∥为分子动力粘性系数，舒为ｘ，方向的重力加速度，Ｐ为压力， Ｐ为流体密度，＆为描述曝气机驱动力的动量源项。 湍流能量ｋ和湍流能量耗散率ｆ由下面的半经验公式计算：“，夏Ｏ―ｋ＝要（ｙ＋＝／．＿ｔ五Ｏ―ｋ）＋Ｇ―ｓ…………………………………（３．３） 呶ｉ 呶ｉ１３ｆｋ０ｘ‘“，当＝熹（ ｙ＋与豢）＋Ｃ１０ｘ ｉ）４－３（．．……………等ｓ２Ｃ―Ｇ昙￡ｏ－ Ｏｘ ｉ，积ｉＫ咒式中，ｏ＇ｋ和以分别是关于ｋ和８的湍流Ｂｒａｎｄｔ数，ｖ为湍流粘度，Ｇ是湍流能量生成项，Ｃ，。和如为常数（Ｃｌｃ＝１．４４，Ｃ２产１．９２）。在数值模拟中，推流器叶轮对流体的推动作用被看作液体流动动量的产生 源，采用动量源项来模拟潜水推流器对流体流动的推动作用（方程（３．５））。在讨论船舶推进器推进效果时也用了相似的方程（Ｓｃｈｎｅｅｋｌｕｔｈ，１９８８）。在本研究中，假设潜水推流器叶片工作区域内的流体流动的速度与潜水推流器叶片运动的速度一致，将动量源项表示为（ＦｌｕｅｎｔＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ．２００３）：第二章潜水推流器的计算流体力学研究墨：Ｑ．掣＝坐等型………………………（３－５）式中，Ｓ为计算网格单元的截面积，Ｑ为单位时间通过网格单元的流量，ｙ 为计算网格单元的体积，Ｕ和蜘分别为潜水推流器叶片的旋转运动的速度和液 体流经潜水推流器叶片工作区域前，没有获得推流器加速的流体的流动速度。在推流器的模拟计算中，“用ｕ＝２删ｒ计算，０９为推流器叶片旋转的角速度，厂为计算网格单元中心到潜水推流器中心轴所在直线的距离。本研究中，实验是在水中进行的，我们使用水的物性数据进行计算。根据实验数据，推流器叶轮转速ｃｏ＝４５ｒｐｍｏ在推流器叶轮旋转经过的区域，即添加动量源项的区域内，在推流器水平安 装的条件下，要求采用正六面体网格，而且网格必须采用直角坐标系。从而有Ｓ１７………………～ ………………ｒ 万＝了………………………………………（３－６） ｙ ，式中ｌ为正六面体计算网格单元的网格宽度。由此可以进一步的将动量源项 表示为：Ｓ，＝Ｑ．譬掣：盟等型………………（３－７）／ ｆ在网格划分的尺度上，为了降低计算误差，要求在推流器叶轮径向上划分足 够精细的网格。使用基于有限体积法的商业计算流体力学软件工具ＦＬＵＥＮＴ６来求解以上的方程（Ｆｌｕｅｎｔ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ．２００３）。上述方程表明，动量源项与网格 尺寸相关，这是由于Ｆｌｕｅｎｔ平台要求在单个网格内，加入单位体积动量源项的缘 故。我们在研究中，计算了不同网格尺寸对预测结果的影响。 （２）边界条件和数值方法在模拟计算中，将拖曳水池自由水表面看作是刚性的盖子，采用速度为０的滑移墙壁条件。四周侧墙和底面看作是固体墙壁，采用标准壁面函数处理。研究的拖曳水池被离散为４２４４９１个网格。其中，根据动量源项假设的要求， 潜水推流器叶轮旋转所经过的区域在长度×深度×宽度方向被划分为１０ｘ２０× ２０个正六面体网格，网格宽度为０．１８ｍ。同时在计算中，叶轮旋转所经过的区域 进行了局部加密处理来改变网格的宽度，网格加密处理后的最终网格宽度被加密到０．０２２５ｍ。潜水推流器所处区域两端１．５ｍ内被离散为３０８４３个四面体网格，网格宽度为０．３５ｍ。其余区域被划分为３８９６４８个正六面体网格，网格宽度为０．５ｍ。采用商业ＣＦＤ网格生成软件Ｇａｍｂｉｔ进行网格划分。?计算采用基于有限体积法的商用计算流体力学软件ＦＬＵＥＮＴ，采用单相流，第二章潜水推疏器的计前流体力学研，二维计算，ＳＩＭＰＩ Ｅ算法。所有的参数保持其鼽认的值。，压力项采用标准格式 其他项均秉用二阶上风离敞格式。）‘０＿（２）（３）拖曳水池的计算瞒格示意幽（Ｉ）为鞋个拖啦水池的嘲格（２ｊ为拖曳水池表嘭的网格 （３）为满水推流器所处耳域的唰格Ｆｉｇ ３１ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｍｅｓｈｆｏｒｌｈｅｌｅｓｔ ｐｏｎｄ：（１）ｉｓｔｈｅｗｈｏｌｅｇｒｉｄａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｔｅｓ‘ｐｏｎｄ；（２）５ｓｔｈｃｘｅｒｐａｒｔ ｇｒｉｄ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ；ｆ３ Ｊ ｉｓ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｏｆ ｓｕｂｍｅ ｒｓｉ ｈｉｅ ｉｎｉｒｅｇｉｏｎ第三章潜水推流器的计算流体力学研究３．２．３计算结果与讨论（１）相对于网的格独立性的验证 在计算过程中，对潜水推流器所处区域进行了局部加密处理来改变网格宽 度，网格宽度依次为Ｏ．１ ８ｍ，０．０９ｍ，０．０４５ｍ，０．０２２５ｍ。通过比较体平均速度的 变化大小，我们可以了解和检验网格宽度大小尺度对计算结果的影响。，＾望 Ｅ∞ 。口 ３、一＝Ｃ ａ１ 为芝 Ｘ＝Ｕ ｏ面 ＞ｃｅｌｌ ｗｉｄｔｈ（ｍｌ图３．２不同网格宽度卜的径向体平均速度Ｆｉｇ．３．２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｖｏｌｕｍｅ―ａｖｅｒａｇｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｆｉｖｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｅｌｌ ｗｉｄｔｈｓ图３．２显示了在不同网格宽度下的拖曳水池内的计算体平均速度大小的变化范围。从图中我们可以看出，在网格划分比较粗糙，即网格宽度较大（最大网格 宽度为Ｏ．１８ ｍ）时计算得到的结果并不好；而当网格划分比精细，网格宽度较小（最大网格宽度为Ｏ．０９ｍ，０．０４５ｍ和０．０２２５ ｍ）时，计算得到的体平均速度大致是相同的。由于数值计算的误差，随着网格变得更加精细，体平均速度有微小的变化。因此，有理由相信只要在潜水推流器所处区域的网格划分得足够精细， 动量源项的关于网格的要求得到满足，网格宽度尺寸大小对计算结果的影响就可 以忽略。 （２）计算结果分析表３，１为潜水推流器测量平面上水平流速的测量结果。测量工作主要集中在潜水推流器的下游区域中流体的水平流速大于０．３ｍ／ｓ的区域内，从表中可以看到，当流体的水平流速大于０．３ｍ／ｓ时，沿轴向上的最大的推动距离为１７．５ｍ左右，在推动距离达到１１皿时，沟道断面横向上水平流速的扩散达到最大，为４．８ｍ。第二章潜水推流器的计算流体力学研究 表３．２ＤＱＴ０５５．１ ８００潜水推流器水平流速测量结果ｏｎＴａｂｌｅ ３．２ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｌｉｎｅｓＤＱＴ０５５－１８００ ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ ｍｉｘｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ表３．１ＤＱＴ０５５．１ ８００潜水推流器水平流速测量结果 ＤＱＴ０５５―１８００ ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ ｍｉｘｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇＴａｂｌｅ ３．１ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ｏｆｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｗｉｔｈ前进距离，ｍ测线１测线２测线３测线４测线５测线６测线７测线８４ ４．５ ５ ５．５ ６ ７ ８ ９ ｌＯ １１．５ １３ １４．５ １６ １７．５ ０．９６９ ０．８９１ ０。８３３ ０．７８ ０．７６２ ０．７０９ Ｏ．６７ ０．６２１ ０．５７７ ０．５１７ ０．４５ ０．３９８ ０．３７７ ０．３０４ ０．８８６ ０．８５１ ０．７８５ ０．７６１ ０．７３８ ０．６８７ ０．６５９ ０．６１ １ ０．５７１ ０，５１ ｌ ０．４４３ ０．３９ｌ ０．３６４ ０．３０２ ０．８２６ ０．７５５ ０．７４４ ０．７３９ ０．７２４ ０．６６９ ０．６３４ ０．５９８ ０．５６５ ０．４９７ ０．４３３ ０．３８７ ０．３５６ ０．３ ０．７２４ ０．７０５ ０，６９７ ０．６８５ ０．６７１ ０．６３６ ０．６０５ ０．５７９ ０．５３２ ０．４７８ ０．４２６ ０．３７４ ０．３４１ ０．２９７ ０．５３６ ０．６０３ ０．６１３ ０．６１９ Ｏ．６１ ０．５９４ ０．５５７ ０．５４５ ０．４９７ ０．４４４ ０．４０２ ０．３４６ ０．３ １９ ０．２７３ ０．３２３ ０．３８２ ０．４５２ ０．４８５ ０．５０１ ０．４８２ ０．４８９ ０．４６３ ０．４４３ ０．４０５ ０．３５９ ０．３３４ ０．３０６ ０．２５５ ０．０９６ ０．２１７ ０。２６５ ０．３０２ ０．３２６ ０．３７ １ ０．３４９ ０．３５５ ０．３４ ０。３１７ ０．３ １ ５ ０．３０２ ０．２７７ ０．２３２ ０．０８５ ０．０９７ ０．１４１ ０．２０４ ０．２２５ ０．２５４ ０．２７８ ０．２８９ ０．３０２ ０．３０９ ０．２９６ ０．２６９ ０．２３５ ０．２１９Ｎ４Ｎ２０ ５ １０ １ ５ ２０．Ｘ（２） 图３＿３潜水推流器水平流速的计算值和实验值的比较： （１）和（２）分别显示了潜水推流器水平流速的计算值雨』实验值Ｆｉｇ．３．３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｏｆｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｍｉｘｅｒ：（１）ａｎｄ（２）ｓｈｏｗ ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ第二章潜水推流器的计算流体力学研究ｊｊ至薹鞲嚣：Ｉ－，Ｓ鑫，毛口－墓＾．一苫冉＾毙¨ ¨似¨ ¨ ”¨ ¨ ¨ ¨２ ● ● ● 伸 １ｔ１４＇●伯曲篓％ｌ¨ｏ●ｔｎｌｌＤｉｉｍ＇鼬ｌ呐●（１）（２）．翔 ：：：ｊ‘：砒Ｅｌｐｌ咖ｒｉｌｌｉ叭ｅｉｌｌａ。ｉ黜：ｃ一?ｃｕｂｔｔ―ｖｔ：：：：：：?’４；ｉ盯飞：：：、岔口ｊ｛至运 嚣弛：｝：． ；：：Ｉ．５翔誊ｔ ● ‘ ● ＇ｏ住＇．’●１●抻Ｍ¨ｔ●舯Ｉ （４）１』 ＇Ｊ＇ｊ ｉ兰＇．０暑ｉ；Ｄ．１ｌ曼Ｏ．ｔ 堂 兰０．４ ；１．２氟 乳￡耋。ｔ‘●?２ ●＿． ｌ ● ● ● ＇０ ｔ２●?Ｏ＂＇●ｌ●撕棚￥１ｉｉｌｔｆｌ舯Ｊ（６）ＩＪ‘１?●＇ｊｔｊ耋ｌ― ｉ ｛¨主０．１空差”ｌ¨导ｐ‘羔“ ；●?２羔ｏｏ ；１１．１ＩＩ．０２５第二章潜水推流器的计算流体力！学研究图３．４中提供了潜水推流器驱动流体的流速在不同测点的计算值和实验值的对比。１２０个测量点的流速计算值和实验测量值在变化趋势上大体上一致，测线的平均误差分别为：７．６％，１０％，１３％，１１．５％，６％，１３％，４８．５％，３７％，总平 均误差为１８．３％。误差为４８．５％和３７％的两条测线位于流体流动的低速区域，远离潜水推流器的轴线。图３．３显示了潜水推流器的计算水平流速和实验水平流速的比较。从中我们可以看到，在轴向上，相同水平速度的推进距离，模拟计算要 小于实际的测量结果。３．３本章小结（１）本研究采用动量源项方法来模拟潜水推流器对流体的驱动。模拟结果和实验结果的匹配良好，说明该模型可以用来模拟潜水推流器对流体的推动作用； （２）相对于网格的独立性得到了验证，只要保证添加动量源项的区域内网格划分得足够精细，那么网格宽度的尺寸变化对计算结果的影响就可以忽略不计。２６第四章推流设备联合虑刚的氧化沟计算流体力学模拟第四章推流设备联合应用的氧化沟计算流体力学模拟４．１前言氧化沟工艺的性能与沟内活性污泥分布密切相关。氧化沟内活性污泥分布又受到混合液的流动状态的直接影响。通常氧化沟内流体是由曝气设备或（和）推流 设备驱动的。而为了避免活性污泥的沉降，沟道平均水平速度应大于Ｏ．３ Ｃｌｅｒｃｑ等，１９９９；曹瑞钰等，２００１）。ｍ／ｓ（Ｄｅ氧化沟中的理想流态应该是规则流动。实际上，实际沟道中的流场是非常复 杂的，在平均水平速度达到０。３ｍ／ｓ条件下，沟道内测得的水平速度很不均匀， 存在水平速度很小的区域，沟道内局部水平速度往往小于０．１ｍ／ｓ。因此，了解氧化沟流场分布情况，是改善氧化沟水力学性能的关键。 计算流体力学是一种数值方法，通过求解描述流体流动状态数学方程，获得 流体运动和混合等方面特征。计算流体力学工具在求解流体流动上功能强大。近十年来，计算流体力学被广泛应用来了解流动物理学，帮助改善反应器的设计和 运行。随着计算流体力学软件的发展，它将变得越来越高效、方便。 近年来，在氧化沟系统的推流设备的计算流体力学研究上已经取得了一些的 进展，用来模拟氧化沟系统中的推流设备的推动特性的研究成果相继出现。罗麟等（２００３）先后使用三维ｋ．ｅ湍流模型和动网格方法模拟了一体化氧化沟中的转 刷运动。但是这些模型预测的结果与实际沟道水平速度分布还相差较大。ＬｉＲｌｅｔｏｎ 和Ｄａｉｇｇｅｒ（２００１）开发了用于转碟曝气奥贝尔氧化沟流场的计算流体力学模型，较好地模拟了沟道内速度分布，但是该模型是在实测沟道平均水平速度基础上建 立的，不能预测氧化沟沟道水平速度分布。这些研究大多数是模拟氧化沟内单一推流设备运行时的流畅情况。本课题组此前提出基于叶轮旋转区域水流速度等于叶轮旋转速度假设下的动量源项预测模型，应用该模型模拟计算了一种倒伞曝气机驱动Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ氧化沟的流场，取得了良好的结果（蒋成义，２００７）这些研究有效地表明，计算流体力学模型在氧化沟内推流设备联合运行来驱 动混合液流动时，关于氧化沟的流场预测和沟道混合方面的作用还优待深入研究。基于计算流体力学原理，运用动量源项方法来建立一个能够模拟氧化沟内推 流设备联合作用的计算流体力学模型是十分必要的，在此基础上，应用该模型可 以预测氧化沟沟道内混合液的流动和混合的状态，改进氧化沟沟道内部设计，优 化流场设计和曝气设备设计选型。２７第四章推流没备联合应用的氧化沟计算流体力学模拟４．２推流设备联合应用的氧化沟计算流体力学模拟ＤＱＴ系列潜水推流器和ＤＳ系列倒伞型表面曝气机在氧化沟内联合应用的 推流试验，是为了检验潜水推流器对氧化沟沟道内流速分布的改善情况，同时考 察对沟道内污泥沉降的改善作用。本节比较了测量界面上的水平速度的垂直分布 的测量数据与计算数据，良好的结果验证了计算流体力学模型可预测潜水推流器 对氧化沟流场中速度的垂直分布的影响。４．２．１倒伞型表面曝气机的计算流体力学模型研究１．流场测量试验倒伞型表面曝气机的推流特性实验以及推流设备在氧化沟内联合应用的推流试验都是在安徽皖维化纤化工股份有限公司所使用的卡罗塞尔（Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ）型氧化沟内进行的。氧化沟的设计规模为１．２Ｘ１０４ｍ３／ｄ，设计容积为１．０５ｘ １０４ ｍ３，是六沟道的卡罗塞尔氧化沟，主要处理聚乙烯醇和新型维尼纶短纤维生产过程中 所排废水。通常氧化沟内水中含有Ｏ．１．０．３％的活性污泥，及多种微量污染物。氧 化沟的尺寸为沟长８７．５ ｍ，单沟道宽度为５．５ｍ，水深３．７５ ｍ，如图４．１所示。推 流设备包括ＤＳ２８５Ｃ型倒伞型表面曝气机５台，ＤＱＴ０７５．１ ８００型低速潜水推流器 ４台，推流设备主要参数见表４．１。 水平速度测量断面设置在无推流器的一段直沟道内。如图４．１所示。 流场测量选用的ＦＬＯ．ＭＡＴＥ２０００型便携式水平速度仪，工作原理为电磁感应，水平速度仪的测量范围为０．１５－６．００ｍ／ｓ，测量精度为２％，最小读数±Ｏ．Ｏｌｍ／ｓ。水平速度测量断面宽５．５ｍ，水深３．７５ｍ。按照断面宽度平均划分五等份，于 每部分中部设测速垂线，每条垂线布设１１个测速点，从水面到底部每点间隔 ０．３７５ｍ，整个断面共设置５５个测速点，以算术平均值计算整个断面的平均水平 速度。表４．１推流设备的主要参数Ｔａｂｌｅ４．１ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ型号Ｄ￥２８５Ｃ功率（ｋＷ）转速（ｒｐｍ）叶轮直径（ｍ）叶轮数３７ ７．５ ３３ ４４．９ ２．８５ １．８ ８ ２ＤＱＴ０７５．１ ８００２８第四章推流设备联合应用的氧化沟计算流体力学模拟（１）…～●”啪“ｔｔ戮艮‘Ｌ０一。。２３――＿ｐｏ帆ｔＥ一叶ｐｍｔ‘ ｔ ｌ ■１”“’’一■ｒｏｈｔＩ６ｒ’｛Ｐ”’’一＋Ｐｏｈｔｉ ｔ！ＪｅＬ毒ｐ＊ｎ， Ｉｒ＋ｒＴ‘ｒ’ ｉ’一１ｎ―（３）（４）图４．１实验氧化沟的平面布置及测量断砸实验布点情况：（１）为氧化沟的平面布置幽：（２）为氧化沟测量截面实验布点情况；（３）为研究中所使用的潜水推流器：（２）ｉｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｏｉｎｔｓｏｎ ＣＲＯＳＳＦｉｇ．４．１．Ｏｕｔｌｉｎｅ ｏｆｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ：（１）ｉｓ（４）为研究中所使用的倒伞型表面曝气机； ａ ｐｌａｎ ｆｏ肿ｏｆｔｈｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ；ａｅｒａｔｏｒｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｔｃｈ；（３）ｉｓ ｔｈｅ ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ ｍｉｘｅｒ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ； ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ（４）ｉｓ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ２９第四章推流设备联合应用的氧化沟计算流体力学模拟２．计算流体力学模拟计算 使用动量源项模型来模拟倒伞型表面曝气机在氧化沟中的推流作用已有人 （蒋成义，２００７）实现了，本节根据前人的经验对另一种倒伞型表面曝气机进行 模拟。为了简化模拟计算的计算量，本研究忽略了活性污泥与水的物性差异，因 为氧化沟内液体中活性污泥含量和其它污染物含量很少，仅０．卜０．３％，其性质与 水相近，以前的计算流体力学研究工作中，均忽略其影响（罗麟等，２００３；ＬｉｔｔｌｅａｎｄＤａｉｇｇｅｒ，２００１）。本文将计算介质设为常温下的水，看作为不可压缩流体。计算采用了单相流三维计算流体力学模型。 （１）控制方程 为了模拟氧化沟中倒伞型表面曝气机的推流作用对流场的影响，模拟计算求 解了动量方程、连续性方程和缸６湍流方程（Ｒｏｄｉ，１９８０ａ；ｂ）。三维不可压缩流 体运动的控制方程如下： 连续性方程÷（∥ｊ）＝０…………………………………………………………（４．１）‘Ｇ％：动量方程ｐ鲁一毒＋毒似善＋筹上３ ４善，，＋｛Ｌ（一ｐｕ：“？）＋昭，＋ｓ，Ｏｘｉａ――……………………（４―２）式中，Ｘｉ和乃为笛卡儿坐标，矾和以分别为置和乃方向的平均速度，“’，和 ｕ’，为湍水平速度度，叠为分子动力粘性系数，ｇｉ为蜀方向的重力加速度，Ｐ为压力，ｐ为流体密度，Ｓ为描述曝气机驱动力的动量源项，其加入方式见第三－ｈ－显。湍流能量ｋ和湍流能量耗散率￡由下面的半经验公式计算：“，石Ｏｋ＝要（ｙ＋等婺）＋Ｇ一“………………………．．（４１４）Ｏｘｉ０Ｘｉｏｋ ｏｘｉ都ｉ妻＝昙（Ⅳ＋毒）善）＋Ｃｌ。导ｋ Ｇ―ｃ２￡；ｋ…………………．（４－５）ｊ呶｛、 。ｏｘ；ａ￡。ｘｉ式中，口。和口，分别是关于ｋ和Ｆ的湍流Ｐｒａｎｄｔｌ数， 是湍流能量生成项，Ｇ，和另，为常数（厶，＝１．４４，ｅ，＝１．９２）。 （２）边界条件和数值方法Ｖ为湍流粘度，占把卡罗塞尔氧化沟的自由水表面看作是刚性的盖子，采用无剪切力的滑移墙３０第四章推流醴箭娃台应川的覃【化淘计算流体力学模拟壁条件。四周恻墙和底墙看作固体墙壁，并采用标准壁面函数。 卡罗塞尔氧化沟以０ ３６米为单位，被离敞为９８５１３２个结构化网格（如图４２所示）。其中，根据动量溉项假设的要求．为，保证计算的准确性，倒伞表曝机的叶轮和潜水推流器叶轮的工作区域被单独划分出来，采用较小的网格宽度束划分，网格宽度分别被加密剑０ ０７】２ｊ米和０ ０９米。所有的蚓格采用商业ＣＦＤ网格生成软什Ｇａｍｂｉｔ进行网格划分。 计算采用基于有限体积法的商用计算流体力学软件ＦＬＩ’ＥＮＴ，采用单相流， 三维计算，ＳＩＭＰＬＥ算法。所有的参数保持其默认的值。压力项采用标准格式， 其他项均采用二阶上风离散格式。蚓４ ２氧化啕计尊网格（】）为粘个氧化淘的网格．（２）ＹＪ倒伞掣表曝机所处耳域的回格（３）为扦寿水推流器所处厉域的时格Ｆｉｇ ４ ２ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｉｏｎａｌｍｅｓｈｈｙｏｕｔｆｏｒＩｈｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ：（１）ｉｓｔｈｅⅥｈｏｌｅｇｒｉｄ ｏｆｔｈｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎｄｉｌｃｈ；（２）ｉｓｔｈｅｇｒｉｄｏｆ ｓｕｒｆａｃｅａｅ嘣ｏｒｒｅｇｉｏｎ；（邳ｉｓｔｈｅｇｒｉｄ ｏｆ ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｍｉｘｅｒ ｒｅｇｉｏｎ第四章推流醍备娃台席川的氧化淘计算潍伴力学拱拟３结果与时论，～■ 霸嘲嗣㈧引Ｈ＿ 一～裟然嬲黧菡篙怒＝ 嚣，．｝、）＿｛１，Ｉ、／目４ ３倒伞型表曝机…轮＃动Ｆ域计算流述轮廓线圈（水面）：Ｆｉｇ ４ ３ ＳｉｍｐＸｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｉｌａｌ ｈｏ ｒｉｚｏｎｔａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙｌａｙｏｕｔｎｅａｒ ｓｕ一 一旅㈨ 懈蹙一蚕Ｆ．。∥；，毫＝ｒｆａｃｅ ａｅＴａｔｏｒ。计算所模拟的ＤＳ２８５Ｃ倒伞型表曝机叶轮直径为２ ８５ｍ，转速为３３ｒｐｍ，口十 轮上最人的旋转速度为４ ９２ｍ／ｓ。图４ ３显示了倒伞叶轮转动区域表而流场的计 算结果，结果显示．在ｌ】ｌ轮转动区域，外刚速度大，内部速度小，最大计算速度 为４ ８ｍ／ｓ，近似等于叫轮外缘上最大旋转速度。叶轮转动区域水流流速分布与¨ 轮转速ｊ【＿｜ｊ近。由于我们的模型仅在叶轮转动区域输八动量源项来表达叶轮转动的驰动作用，其他区域的流动是此驱动作用的结果．我们计算结果是依赣动量源Ｉｌ的『Ｆ确输入。计算结果说明我们加入的动量源项，成功地实现了我们的假设，即 叶轮转动区域水流速度等于叶轮转速。 表４ ２显示了在血台ＤＳ２８５Ｃ｛｝Ｕ伞型表面曝气机的驰动下，氧化沟内混合液在 测量断面处的水平流速的分栉ｆ青况。第四章推流设备联合应用的氧化沟计算流体力学模拟表４．２倒伞型表面曝气机驱动下氧化沟断面流速测量结果Ｔａｂｌｅ ４．２ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｗｉｔｈ ｆｉｖｅ ｉｍｐｅｌｌｅｒｓ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ深度０．３７５ ０．７５ １．１２５ １．５ １．８７５ ２．２５ ２．６２５ ３ ３．３７５测量线１测量线２测量线３测量线４测量线５层平均速度０．１８ Ｏ．２５ ０．２４ ０．２３ ０．２４ ０．２２ ０．２４ ０．２５ ０．２１ ０．２２９ Ｏ．２４ ０．２３ ０．２４ ０．２４ ０．２４ ０．２３ ０．２３ ０．２２ ０．２２ ０．２３２ ０．２２ Ｏ．２２ Ｏ．２２ Ｏ．２２ ０．２３ ０．２４ ０．２３ ０．２３ ０．２５ ０．２２９ Ｏ．２４ ０．２３ Ｏ．２０ ０．１９ ０．２０ ０。２３ ０．２ １ ０．１９ ０．１８ Ｏ．２０８ ０．２１ ０．１ ８ ０．２１ ０．１７ ０．１７ ０．２０ Ｏ．２０ ０．１９ Ｏ．１８ ０．１ ９０ ０．２１８ ０．２２２ ０．２２２ ０．２１ ０．２１６ ０．２２４ ０．２２２ ０．２１６ ０．２０８线平均速度 均速度鉴耍三０．２１１从表中可以看出，水平速度在氧化沟宽度上的分布，靠近沟道外侧池壁的速度较高，而靠近沟道内侧池壁的速度较低，这是由于倒伞型表面曝气机的叶片对 流体的驱动作用是在离心方向上，是旋转出流，导致流体在水平方向上速度分布不均匀。在经过弯道之后，速度分布发生了变化，高速区开始向沟道内侧移动。 在速度的垂直分布上，也是由于弯道的作用，高速区位置由水面转移到了沟道中间深度位置的附近。随着水流远离倒伞型表面曝气机，水平速度慢慢减小。图 ４＋４中给出了氧化沟测量断面的计算水平速度轮廓线。从图中我们可以看到，计 算水平流速的分布与测量结果显示的分布趋势是相同的，证明计算结果在总体上 是正确的。第四章ｍ濉改备睚台应川的｛ｊ化拷“筇日体力学模拟¨ｍｈｍｎｍ№ｍ＊№‰¨ｎｍ‰＊咻‰ｎｈ☆ＬＬ幽４ ４例牵驱动时氧化沟删垴断面计算水平速度轮廓线Ｆｉｇ４ ４Ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｔｉｌｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｈｏｄｚｏｎｌａｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｅｒａｔｏｒｓｏｎ ｃｒｏｓｓｓｃｃｌｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｄｌ ｗｉｌｈ ｆｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅｏｐｅｒａｌｍｇ罔４ ５中提供了水平谴度在不州删?气的计算值和实验值的列比。４５个洲量电 的水平速度汁算值和实验删量值在变化趋势上大体上致，测线的平均供差分别 为９％，６ ７％，３４３ ７％．２０ ９％，４３３％，总平均误差为１８ ７％。误差为２０ ９％－Ｆｉ］３％的两条测线位于流体流动高述区．在淘道内墙壁附近，由于倒伞型表面曝气机出流的不均匀性，湍流的影口刚＿在那些区域ＬＬｌ相当大。由丁．本计算采川即奸ｊ 流计算，假世将，ｉ降污泥混合液近似的磊作是常态下的水，这也会导致定程的 误差。 一般柬酿，在ＣＦＤ模拟应用当中，小ｒ １０ｒＥ的误差就认为很好的，小于２０％ 的误差¨、乃是可“接受的（Ａｎｏｎ，２００２，Ｌｉｔｔｌｅ，２００３）。本文研究结果表明，采用叶轮旋转区域水流连度等于时轮速度假设下的础量源项预测模型可斟比较好的预测ＤＳ２８５Ｃ型倒伞型表面璐气机驱动的筑维集团的Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ氧化沟。第四章推流设备联合应用的氧化沟计算流体力学模拟毛ｌ董Ｚ一Ｚ善¨差兰董：量：’： 孽＝：二¨● ５ｐ萎：：：重“姜?。，一々ｊ“ｍ艺＾ 由ｊ ●Ｊ ｔＩ ＇■ ’● 之● ｔ．●ｌＪ Ｉ．Ｉ Ｄｗｐｆｈ们”Ｏ印（ｌ¨协）（２）＾：：量¨耘董：：；：： 堇Ｚ●Ｊ Ｅ● １．． １１．１１量●２Ｊ Ｌ●’．ｊ●∞Ｏ．■’●’ｊＩ●ｌ童，．．ＩｊＯ●ｐＩｈ阳’Ｏ●辨’，ＩｍＩ（３）＇●（４）一¨量”争量¨墨¨霉?ｊ０，２霎?ｔ弘●ｔ ■●■Ｊ ＇■１．， ？，‘，ｌ膏＾＇Ｄ●州ｎ舾）（５）图４．５在不同的测餐点水平速度的测量值与计算值的比较： （１），（２），（３），（４），（５）；分别为不同的测量线上速度的垂直分布的比较。Ｆｉｇ．４．５ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｏｉｎｔｓ：（１）＇（２），（３），（４）ａｎｄ（５）ｓｈｏｗｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｒｏｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｏｉｎｔｓ ａｔｓｅｃｔｉｏｎ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ３５第四章推流设备联合应用的氧化沟计算流体力学模拟４．２．２氧化沟内推流设备联合应用的计算流体力学模拟流场测量试验（１）推流设备联合应用的流场特性实验与倒伞型表面曝气机的实验是同时进行的。测试条件、测量设备及其布置完全相同。（２）ＣＦＤ计算方法同时采用潜水推流器的动量源项模型与倒伞型表面曝气机的动量源项模型 进行计算，控制方程及边界条件和数值方法与前文相同。（３）结果与讨论表４．３显示了在五台ＤＳ２８５Ｃ倒伞型表面曝气机和三台潜水推流器的共同驱 动下，氧化沟内液体在测量断面处的速度分布。表４．３倒伞型表面曝气机与潜水推流器共同驱动．卜．氧化沟断面流速测楚结果Ｔａｂｌｅ ４．３ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｄｉｔｃｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｗｉｔｈ ｆｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｅｒａｔｏｒｓ、ａｎｄ ｔｈｒｅｅ ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ ｍｉｘｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ深度０．３７５ Ｏ．７５ １．１２５ １．５ １．８７５ ２．２５ ２．６２５ ３ ３．３７５测量线１０．２３ ０．２４ ０．２６ Ｏ．２６ ０．３ Ｏ．２７ ０．３１ Ｏ．２９ ０．２７ Ｏ．２７测量线３测量线４ 线９２ １ ２ ２ ４ ｌ ４ Ｏ．２６ Ｏ．２７ ０．２６ Ｏ．３ ０．２５ ０．２３ Ｏ．２５ Ｏ．２７ ０．３ ０．２６６ Ｏ．３１ ０．２４ Ｏ．２３ Ｏ．２９ ０．２７ Ｏ．２２ Ｏ．３５ Ｏ．３２ ０．３５ ０．２８７ Ｏ．２８１层平均速度 线８２ ２ ５ ４ ２ ２ ９ ０．２７４ ０．２５８ ０．２５６ ０．２８４ ０．２７２ ０．２７６ ０．２８８ ０．３２２ ０．３０４线平均速度断面平 均速度戡滋勉强温品２＂戡㈣耋｜眦㈣ 眦耋｜㈣¨㈣４钞从表中可以看出，水平速度在整体上有所增加，平均速度由Ｏ．２１ｌｍ／ｓ提高到了０．２８１ｍ／ｓ，在氧化沟沟道宽度方向分布上的情况是靠近沟道内侧池壁的速度 较高，而靠近沟道外侧池壁的速度较低，这与倒伞型表曝机单独运行时的分布情 况正好相反。水平速度在垂直方向分布上，比较高的水平速度出现在沟道底面的 附近，而且与之前的速度相比提高明显，这说明推流器的推流效果是十分明显的。但是，平均速度小于Ｏ．３ｒｒｄｓ也说明了三台推流器的工作依然难以满足避免氧化沟内污泥沉降的要求。图４．６中给出了氧化沟测量断面的计算水平速度轮廓线。从图中我们可以看到，计算水平流速的分布与测量结果显示的分布趋势依然是相 同的，这也证明计算结果在总体上是正确的。３６第四章推流设篙喊台席川的氧化淘计算流体力弘幢拟幽４ ６氧化沟洲姑断面计算水平述度轮廓线Ｆｉｇ ４ ６ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｌｏｎａ］ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｄ［１ｃｈ ｗｉｌｂ ｆｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅａｅＦａｔＯｒＳ ｏｎ ｇｒＯＳＳｓｅｃｌｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎａｎｄ ｔｈｒｅｅ ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｍｌ―ｏｐｅｒａｔｉｎｇ图４ ６提供了氧化沟删量断面计算水平速度轮廓线，与图４．４比较我们可以 看到。潜水推流器的推动作用对于水平流速在氧化沟沟道断面上的均匀分棚起到 了很大作用。同时，我们也可以看到，出于潜水推流器上游柬流得速度分却不均 匀，受到倒伞型表面曝气机出流的影响，导致潜水推流器的Ｉ作变得不稳定，对 液体的推动作用也不再沿轴线６Ｕ进，而是偏向了一侧。这样会使氧化沟的底部容 易出现污泥沉积，使得氧化均安装推流器的意义降低。同叫潜水推流器工作时容 易发生震动，严重影响了推流器的使用寿命。 图４ ７中提供了在五台倒伞型表面曝气机与三台潜水推流器的驱动下，氧化沟内流伴的速度在不同测点水平速度的计算值和实验值的对比。４５个删量点的水平速度计算值和实验测量值在变化趋势上大体上一致．测线的平均谩差分别 为：６７３％，１８ ４８％，８ ３９％，１ ３ ０１％，１１２８Ｚ，总平均误差为１０ ２３％。一般柬醴，在ＣＦＤ模拟应用当中，小于１０％的误差就认为很好的，小于２０％的误差认