新型机械絮凝斜管沉淀池沉淀区数值模拟与优化

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1、新型机械絮凝斜管沉淀池沉淀区数值模拟与优化叶飞１２１１１郑全兴高党平鄢碧鹏邵怡斌（１扬州大学环境科学与工程学院，扬州２２５００９；２扬州自来水有限责任公司，扬州２２５００９）摘要以扬州市第一水厂的新型机械絮凝斜管沉淀池为原型，采用标准ｋ－ε湍流模型和Ｍｉｘ－ｔｕｒｅ模型，对其沉淀区进行三维数值模拟；同时分析了改变进水颗粒密度、进水口高度等因素对沉淀池沉淀区流态和沉淀效果的影响。模拟结果表明，当颗粒密度为１０５０ｋｇ／ｍ３时沉淀效果最好；增加进水口高度对池内水流流态的影响不明显，当进水口高度为１．２ｍ时，出水速度最低，处理效果也较好；在沉

2、淀区前增设配水槽，进水沿池宽方向分布更均匀，提高了水流稳定性，使沉淀池沉淀效果得到显著改善。关键词机械絮凝斜管沉淀三维数值模拟湍流模型Ｍｉｘｔｕｒｅ模型优化设计DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2015.0287０前言沉淀过程中沉淀效率受诸多因素影响，容易使已沉新型机械絮凝斜管沉淀池的沉淀区由自然絮凝降的污泥被带起向出口迁移，从而影响沉淀效果。区、自然沉降区、污泥浓缩区、斜管分离区、清水区组因此，有必要对新型机械絮凝斜管沉淀池的沉淀区成，在理想的工作状态下，凡能沉降至池底的杂质颗进行模拟优化，以期提高沉淀效果。粒均

3、已被去除，不再重新悬浮进入水中。然而，实际数值模拟技术具有高效经济的特点，能进行一些实际情况下很难达到要求或不可能进行的试［１］扬州市２０１２年度产学研合作专项（２０１２０３８－１６）。验。随着计算机技术和计算流体力学的迅速发檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿（３）排放水体处于洪水位时，对雨水管渠系统的水，２０１０，３６（５）：１１４～１１７排水产生顶托，地面容易出现积水，因此在注重暴雨５李彦伟，尤学一，季民，等．基于ＳＷＭＭ模型的雨水管网优化．中国给水排水，２０１０，２

4、６（２３）：４０～４３重现期的同时，不能忽视排放水体设计洪水位的合６潘俊杰，李朝明，曾昭旺，等．极端降雨下核电厂雨水排水系统的理设定。设计和校核．中国给水排水，２０１３，２９（１０）：３１～３４（４）如果采用传统的推理公式法，要注意该方法７ＲｏｓｓｍａｎＬＣｉｎｃｉｎｎａｔｉ，ＯＨ４５２６８：Ｕ．Ｓ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃ－对实际排水性能的模拟有明显偏差。在地表汇水时ｔｉｏｎａｇｅｎｃｙＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＰＲ，２０１０间短、管线总长度不太长的情况下，各个子汇水区的８周玉文，赵洪宾．排水管网理论与计算．北京：中国建筑

5、工业出版社，２０００洪峰在暴雨峰值后迅速出现，采用推理公式法时管９刘兴坡，刘遂庆，李树平，等．基于ＳＷＭＭ的排水管网系统模道折减系数取值建议取为１；推理公式法中地表汇流拟分析技术．给水排水，２００７，３３（４）：１０５～１０８时间的取值可以参考规范建议的取值范围，并取较１０赵冬泉，王浩正，陈吉宁，等．城市暴雨径流模拟的参数不确定小值。性研究．水科学进展，２００９，２０（１）：４５～５１参考文献１１谢莹莹．城市排水管网系统模拟方法和应用：［学位论文］．上海：同济大学，２００７１ＧＢ５００１４－２００６（２０１４年版）室外排水设计规范２Ｈｓ

6、ｕＭＨ，ＣｈｅｎＳＨ，ＣｈａｎｇＴＪ．Ｉｎｕｎｄａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｕｒ－Ω通讯处：４３００７２武汉市武昌区东湖南路８号ｂａｎｄｒａｉｎａｇｅｂａｓｉｎｗｉｔｈｓｔｏｒｍｓｅｗｅｒｓｙｓｔｅｍ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｌｏ－电话：１５３７７５０２９６９ｇｙ，２０００，２３４（１～２）：２１～３７３赵冬泉，佟庆远，王浩正，等．ＳＷＭＭ模型在城市雨水排除系统Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｚｈｏｕ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ分析中的应用．给水排水，２００９，３５（５）：１９８～２０１收稿日期：２０１４－０１－０８４陈利群．ＳＷＭＭ在城镇排水规

7、划设计中适用性研究．给水排修回日期：２０１５－０４－２８给水排水Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．８２０１５１１１展，ＣＦＤ模拟软件越来越成熟，通过数值模拟技术机的模拟，但设计了排泥过程，即模拟刮泥机不工作［１１］模拟沉淀池内水流流态也得到越来越广泛的应时沉淀区的流态变化。［２，３］用。国外在沉淀池流场及污染物的扩散、传质、模型网格划分采用ｇａｍｂｉｔ软件，整个计算区域沉淀及优化设计工作方面也已经开展了许多工的立体网格采用结构网格，网格的大小决定了计算［４］作。Ｉｍａｍ等在前人的研究基础上，总结出了一的精度，由于模型按照沉淀池实体尺寸进行模拟，尺种稳定

8、情况下的矩形沉淀池速度场和体积分数场数寸较大，因此节点间隔采用０．１５ｍ，这样的间距对学模型来模拟矩形沉淀池中离散颗粒的沉降效果，现有的计算机硬件条件在计算精度和计算速度上能［５］并且通过物理试验验证了该模