蠕虫减量剩余活性污泥反应器的CFD数值模拟

构建以序批式反应器(SBR)为主体工艺并联合蠕虫反应器的生活污水处理系统,在保证系统出水水质达标的前提下,蠕虫对SBR产生的剩余活性污泥摄食减量约23%(以质量计)。利用ANSYS FLUENT 16.0软件提供的欧拉两相流模型和标准k-ε湍流模型,对蠕虫反应器内部速度场、含气率以及湍流强度等进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟。模拟结果表明,蠕虫反应器内曝气量约为0.2m₃/h、 蠕虫投放在P2位置即蠕虫密度为1.63g/dm₃时,蠕虫反应器内部流场适合蠕虫减量污泥,减质最高达23%,与试验结果基本吻合。通过响应曲面法(BBD)进行试验,所得污泥减量率与BBD预测值基本相符,进一步佐证了数值模拟结果的可靠性。因此,利用CFD数值模拟可以指导蠕虫反应器优化运行,从而为蠕虫减量污泥系统的放大设计及工程应用奠定基础。     

株洲体育场馆的计算流体动力学数值模拟

以株洲体育场馆为研究对象,进行了粘性流场的数值模拟,比较了屋盖升力系数和流场细节,将数值模拟结果和试验结果进行了分析,结果令人满意,特别是基于整个雨篷屋面的体形系数吻合的更好.本文还针对株洲体育中心复杂外形几何特点,构造了特定网格拓扑结构,使用分块结构化网格对该建筑进行数值模拟.模拟结果和试验数据以及涡方法的数值方法结果进行比较,结果表明可以解决具有复杂外形三维建筑物气动力学设计问题,具有较好的计算精度.     

基于计算流体动力学的汽车外形数值模拟

随着计算机技术的发展和数值模拟的兴起,基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)的数值模拟在汽车空气动力学研究中有越来越重要的作用.应用CAD软件CATIA建立汽车的3D自由曲面模型,以CFD为基础运用流场分析软件FLUENT对汽车自由曲面外形进行数值模拟,获得了汽车外形的空气动力学特性,为汽车设计和选型提供了重要依据.     

平板式反应器的数值模拟

连续操作条件下运行的板式反应器已成为取代间歇式反应器的一个较好的选择,它主要从事精细化工品和药品的生产。利用专业的多物理场耦合软件COSMOL Multiphysics对平板式反应器内的不可压缩流场进行了数值模拟,得到了反应器中的流体的浓度场﹑速度场及温度场分布。结果表明平板式反应器较之普通的管壳式反应器它允许高效率的反应物的温度控制,以此为据为其后期的工业开发提供了理论依据。     

多孔介质反应器的数值模拟

利用专业的多物理场耦合软件(COSMOL Multiphysics)对多孔介质反应器模型内的不可压缩流场进行了仿真模拟,计算过程中采用软件中的自由和多孔介质流动和稀物质的传递内置模块,得到了多孔介质反应器内中各组分的浓度场﹑速度场及压力场分布。该模型验证了自由和多孔介质流体在固定床反应器中的耦合。利用后处理软件对计算结果进行分析,为其后期的工业开发提供了理论依据。     

基于计算流体动力学CFD技术的局部反循环打捞工具数值模拟及结构优化

针对现有局部反循环打捞工具存在打捞对象单一、反循环能量不足、碎屑采集率低等问题,提出了一种集收集和打捞于一体的新型局部反循环打捞工具,采用计算流体动力学(CFD)对该型工具作业时的流场进行模拟,揭示该型工具形成反循环的机理。在此基础上,开展该型工具结构优化数值模拟研究。结果表明:该型局部反循环打捞工具利用喷嘴形成的高压水射流的卷吸作用形成反循环系统,适当增加喷嘴数量能够提升该型工具的性能;局部反循环打捞工具性能随着喷嘴直径增加呈现先增大后减小的趋势,继续增大喷嘴直径将导致无法形成有效反循环系统;改变喷嘴的几何形状会影响局部反循环打捞工具性能,采用圆锥形喷嘴的局部反循环打捞工具性能最强,但是所需排量较大。研究结果可为局部反循环打捞工具的优化设计提供参考,为局部反循环打捞工具现场作业提供理论指导。     

焦炉煤气制合成气反应器数值模拟

采用 CFD软件Fluent模拟计算焦炉煤气(COG)非催化局部氧化制合成气反应器,其中湍流模型选择标准k-ε模型,热辐射选择P-1模型,用非预混模型计算化学输运和反应.反应器内组分与温度场的数值模拟结果与实验测定结果基本吻合,说明模拟结果是可信的.通过模拟可预测,当氧气与焦炉煤气进气体积比达到0.14左右时,可以获得最好的焦炉煤气的转化效果.本数值模拟可为COG非催化局部氧化制合成气进一步的工程研究与应用提供可靠的理论参考依据.     

医药洁净室的计算流体动力学模拟及实测对比

采用计算流体动力学(CFD)模拟,研究3个医药洁净室的气流流型及颗粒物浓度.采用标准k-ε双方程模型,通过模拟颗粒物在洁净室的分布,分析合理的污染物散发位置及散发比例.对比参考发尘量下的结果与实测数据的差异,根据实测数据确定污染散发量,通过试验不同的单位容积发尘量,计算对应的洁净度,得到与实测数据吻合最好的单位容积发尘量.在单位容积发尘量为1 000pc·(m3·min)-1计算条件下,各房间的模拟结果与实测数据数值比较吻合,且经CFD预测的3个房间的洁净度变化趋势与实测一致.     

基于数值模拟的蠕虫床工艺参数优化

附着型蠕虫床是一种新型的污泥处理工艺.利用曝气量等已知参数作为边界条件,应用FLUENT软件提供的标准k模型和Mixture两相流模型,数值模拟得到了不同结构参数及曝气条件下的气液两相流流场分布.通过分析不同曝气方式及结构参数对污泥处理效率的影响,最终得出几种曝气方式中的最优工艺参数组合,为进一步实现污水处理工艺的设计及运行优化提供了参考依据.     

钙化渣碳化反应器的数值模拟

针对低品位铝土矿在工业中利用率不高、赤泥中高碱高铝等问题,提出了钙化-碳化法处理低品位铝土矿和赤泥的新方法.设计了文丘里式钙化渣碳化反应器,利用商用CFD软件ANSYS130/Fluent对该反应器中气液固三相流动进行了模拟计算.模拟和研究了表观气速等结构参数对钙化渣碳化反应器内速度场、气含率的影响,发现增大表观气速有利于促进气液间传质和反应,但气含率不宜过大.平均气含率的模拟值与实测值吻合良好,验证了所提方法的有效性.研究结果对钙化渣碳化反应器的设计及应用具有一定的参考价值.     

剩余活性污泥的超声脱水处理

分析了剩余活性污泥的超声脱水情况.研究了处理时间、电功率、pH值和絮凝剂在超声作用下的污泥脱水情况.结果表明:污泥的脱水应在低功率(以50 W为例)、短时间(7 min)内进行,最高的脱水率(相对于未超声而言)可增加约16%.酸性污泥有利于超声脱水,且先超声处理再将污泥调成酸性,污泥脱水率最高可达23%(相对于原污泥).絮凝剂和超声也有利于污泥脱水,但脱水率仅为16%.     

固液搅拌反应器数值模拟研究进展

固液搅拌反应器是过程工业中常见的单元设备,该反应器内固液两相的湍流特性以及相间相互作用等因素使得相关的数值模拟变得较为复杂。本文介绍了近年来用于处理旋转桨叶的方法和模拟连续相及离散相的数学模型,总结了这些方法和模型在预测固液搅拌反应器特性（包括速度和湍流特性、固相浓度分布、临界悬浮转速、颗粒层高、几何参数优化和颗粒特性）方面的应用,并对不同的方法和模型进行了展望,重点介绍了采用颗粒解析模型的欧拉-拉格朗日法在研究颗粒悬浮机理方面的应用前景。     

结合数值方法的流体动力学

现代流体动力学的研究综合使用了传统的理论分析方法与数值计算两种新手段。近几十年来,随着数值算法与计算机技术的发展,使用数值计算求解Navier-Stokeks方程已经很普遍。而且出现了很多商业CFD软件,很多人非常精通这些软件,但是由于缺乏对流体动力学理论的深刻理解而影响了软件效果的发挥。     

重力势能驱动旋流冶金反应器的数值模拟

建立了重力势能驱动的旋流冶金反应器的数学模型,分析了反应器内部的流场和气体体积分数的分布.结果表明,数值模拟结果与物理模型实验结果基本吻合,验证了数学模型和计算过程的可靠性;重力势能驱动冶金反应器具有较好的旋流效果,其中前弯型叶片反应器旋流效果最佳.参数研究表明随着曲率半径的增大,混合管内的气体体积分数有较大幅度的提高,其中曲率半径为150mm的叶片反应器有较大的气泡出现.     

渣油催化裂化工业提升管反应器的数值模拟

应用渣油催化裂化提升管反应器三维气固两相流动、传热及反应的数值模型,对工业提升管反应器进行了全面系统的数值模拟计算,得到了提升管反应器“灰箱”内部的流动、传热及催化裂化等信息,初步揭示了催化裂化提升管反应器内部流动、传热及反应过程之间高度耦合、相互影响的基本特性。模拟结果表明,在提升管内气固两相沿轴向、径向和切向都存在着浓度、速度及温度变化梯度,这是造成催化裂化反应速度分布不均匀的主要原因。提升管的进料段是裂化反应最复杂的区域。在喷嘴上方５～１０ｍ处原料油反应基本结束,柴油产率最大值出现在提升管中下部,汽油产率最大值出现在中上部。提升管出口处反应温度及各组分浓度的模拟计算值与工业装置数据相一致,这说明该模型对工业提升管反应器具有较好的预测性,同时也验证了它的可靠性及合理性。     

HVPE反应器内输运现象的数值模拟研究

对用于制备GaN的具有同心圆喷头的HVPE(氢化物气相外延)反应器内的输运现象进行了三维数值模拟研究.在模拟计算中,分别改变总载气进口流量、同心圆喷口进口流量、重力、压强等条件,得到反应器内流场、温场、浓度场的相应变化.根据对模拟结果的分析,得出输运过程的优化条件为:尽量减小总载气进口流量,适当增大同心圆喷口的双进口流量,并降低反应室内的压强.     

渣油催化裂化工业提升管反应器的数值模拟

应用渣油催化裂化提升管反应器三维气固两相流动,传热及反应的数值模型,对工业提升管反应器进行了全面系统的数值模拟计算,得到了提升管反应器“灰管”内部的流动、传热及催化裂化等信息,初步揭示了 经裂化提升管反应器内部流动、传热及反应过程之间高度耦合、相互影响的基本特征。／     

移动网格技术在计算流体动力学数值仿真中的应用

基于调和映射理论,将移动网格技术(moving mesh technolog)应用到计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的数值仿真计算中.推导了移动网格技术在处理大变形问题时求解域的更新过程,并给出了相应的程序流程图,解决了传统固定网格无法模拟大变形的问题.利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics 4.0a将移动网格方程与流体流动的控制微分方程耦合求解,模拟了油箱晃动时里面油的运动情况.数值模拟得出:移动网格技术可以较真实的模拟流体求解域的大变形问题;在仿真过程中,流体求解域范围内的节点和网格数量并没有增加,只是网格的形状发生了改变,因此移动网格方法并不会额外增加计算机资源.