含转刷与推进器的全尺寸氧化沟流场模拟与DO分布曾祥专

DO曾祥专1，张金松2，卢欢亮1，黄志华1，叶向东1，汪永红1(1．广东省环境科学研究院，广东广州510045;2．深圳水务集团，广东深圳518031)运用计算流体力学(CFD)数值模拟技术建立了包含转刷和推进器的氧化沟流场模拟模型，对于转刷的模拟，采用“两步法”，首先模拟出单元转刷叶片转动所造成流场推流状况，并从中获得推流函数，然后以自定义函数(UDF)的形式将叶片旋转形成的流场扩展到整个转刷所在位置来实现对转刷的模拟。对于推进器，采用了船舶推进理论中的理想推进器模型来实现对推进器推流作用的模拟。两者结合可以对整个氧化沟的真实流态情况作出完整的模拟，经过修正后流场理论计算结果和实测值吻合情况良好。在流场模拟的基础上，运用组分输送模型对氧化沟中溶解氧的分布趋势进行了探索性模拟研究，结果表明深沟型氧化沟内溶解氧主要分布在沟体的上部，底部溶解氧的获得主要是由于弯道环流作用引起的，沟内溶解氧在纵向、横向、垂向的分布表现出一定的不均匀性和规律性。计算流体力学;氧化沟;转刷;水下推进器;流态分析;溶解氧分布X703C1000－4602201409－0104－05FlowFieldSimulationandDODistributioninFull-scaleOxidationDitchwithBrushesandPropellersZENGXiang-zhuan1ZHANGJin-song2LUHuan-liang1HUANGZhi-hua1YEXiang-dong1WANGYong-hong11．GuangdongProvincialAcademyofEnvironmentalSciencesGuangzhou510045China2．ShenzhenWaterGroupShenzhen518031ChinaAbstractAsimulationmodelforflowfieldinoxidationditchwithbrushesandpropellerswasbuiltusingcomputationalfluiddynamics．Forthesimulationofbrushes“twosteps”methodwasused．Thefirststepwastomodeltherotatingbrush．ThesecondstepwastomodelthewholeditchusingresultsfromthefirststepbyusingtheUDFform．Forthesimulationofpropellersthenotionofidealeddyflowwasintroducedintothecalculatingfieldtoreflectthedrivepowerofsubmergedpropellers．Thetwomeas-urescombinedcouldcreateacompletesimulationoftheflowpatternoftheditch．Meanwhilethetheo-reticalcalculationresultscoincidedwellwiththemeasuredresults．BasedonthesimulationofflowfieldtheDOdistributionwassimulatedusingcomponenttransportmodel．TheresultsindicatedthatDOwasmainlydistributedintheditch’supsideandthepresenceofDOinthebottomwasmainlycausedbythecurvecirculation．Intheditchthedissolvedoxygendistributionshowedtheimbalanceandregularityinverticalhorizontalandlongitudinaldirections．KeywordscomputationalfluiddynamicsoxidationditchbrushsubmergedpropellerflowpatternanalysisDOdistribution·401·第30卷第9期2014年5月中国给水排水CHINAWATEＲ＆WASTEWATEＲVol．30No．9May2014、、。//、12。DO、DO。1模型建立、Navier-Stokes、。1.14T。。0．5～2．0mg/L、。6．25×104m3/d10．15m9m20．30m115．0m62．25m。9．0m、1000mm、72r/min、250mm。1.2、9m10cm8cm561267003。。“”“”34。。1。1GAMBITFig．1MeshingofbrushsubmergedunderwaterinGAMBIT。。MovingＲeferanceFrameMＲF。。①②③④⑤MＲF。。。2、3“”X、Y。·501·．watergasheat．com曾祥专，等:含转刷与推进器的全尺寸氧化沟流场模拟与DO分布第30卷第9期272r/min、30cmXFig．2ApproximationofXvelocityat72r/minand30cmsubmergence372r/min、30cmYFig．3ApproximationofYvelocityat72r/minand30cmsubmergence4。1.3①②③。。。FAN。1.4CADCFDGAMBIT。1#。13707m3、20．3m、115m、5．8m。。。45。4、5GAMBIT。。4、Fig．4Meshingofpowerequipmentinoxidationditchsixbrushesandsixsubmergedpropellers5GAMBITFig．5MeshingofwholeditchinGAMBIT170。FLUENT①K-Epsilon②、·601·第30卷第9期中国给水排水．watergasheat．com③④FANFLUENTFAN⑤、。1.54。2结果与讨论2.11#。、10－510－4。67。、、、、。62．4mFig．6Measuredandsimulatedvaluesofvelocityat2．4munderwatersurface74．8mFig．7Measuredandsimulatedvaluesofvelocityat4．8munderwatersurface2.2。、。8。8DOFig．8Contoursofmassfractionofdissolvedoxygenunderdifferentdepthsinoxidationditch2．4m3．6、4．8m·701·．watergasheat．com曾祥专，等:含转刷与推进器的全尺寸氧化沟流场模拟与DO分布第30卷第9期。9。Y=2mY=4、6mY=6mY=8、10m。9DOFig．9ContoursofmassfractionofdissolvedoxygenunderdifferentYcoordinatesinoxidationditch。CSTＲ、。3结论①K－ε“”。。。②、、、、、。③、。1．J．200627112323－2326．2．J．201026746－49．3．J．2003191215－18．4PaweG．CFDModellingofanOxidationDitchD．CranfieldCranfieldUniversity2007．5YangYWuYYYangXetal．Flowfieldpredictioninfull-scaleCarrouseloxidationditchbyusingcomputationalfluiddynamicsJ．WaterSciTechnol2010622256－265．1984－、、。[e-mail]2013－12－14·801·第30卷第9期中国给水排水．watergasheat．com