固定化微生物反应器内气液两相流的CFD模拟与分析.pdf

《固定化微生物反应器内气液两相流的CFD模拟与分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第43卷第5期化工机械641固定化微生物反应器内气液两相流的CFD模拟与分析+黄世钊料h龙文娟h冼萍仆向冰2张映h吴林杰h(1．广西大学a．化学化工学院；b．环境学院；2．广西石化高级技工学校)摘要利用CFD软件Fluent对固定化微生物反应器内曝气头不同安装高度下的气液两相漉进行了三雏数值模拟。采用两相流欧拉一欧拉模型和液相Standard．占湍流模型，模拟获得了算、：截面处的液速分布图，并分析比较了4种方案下反应器内的液相速度和气液两相混合程度。结果表明：曝气头安装高度450ram、微生物柱安装高度370mm为最佳安装高度。关键词固定化微生物反应器气液两相流曝气位置数值模拟CFD

2、中圈分类号TQ052文献标识码A文章编号0254-6094(2016)05-0641-05垃圾渗滤液是垃圾在堆放过程中受到雨水冲刷、地下地表水浸入和自身发酵而产生的一种具有有机物种类多、氨氮含量高及水质变化复杂等特点的难处理污水。传统工艺处理垃圾渗滤液时，COD。．、NH。+-N指标很难达到国家污水排放标准。由于固定化微生物技术对处理垃圾渗滤液具有良好的效果，因此现已广泛应用于焦化、炼油厂等工业废水的处理中⋯。固定化微生物反应器是一种以物理或化学方法固定化的细胞为催化剂，利用微生物代谢去除废水中有机物的技术，具有运行简单、高效低能等优点。反应器内良好的气液相混合是提高微生物与氧气充分

3、接触并发生物质传递的基本前提，但过大的混合将导致过大的剪切力，造成微生物破裂和反应不充分¨。。因此，合理控制反应器内的水力学条件是目前反应器设计面临的一个重要问题。笔者采用计算流体力学CFD软件，对实验使用的固定化微生物反应器进行1：1三维模拟，研究曝气位置对反应器内气液相混合程度和液相推流效果的影响，并对模拟结果进行实验验证。1物理模型笔者模拟的是长方体固定化微生物反应器的内部气液两相流流动规律，反应器参数如下：高度650ram初始液位600mm长度782mm宽度185mm曝气量5．5L／min日进水量29L操作温度27℃固定化微生物反应器的结构模型如图1所示。采用长方体曝气条进行

4、曝气，曝气条长×宽X高为150ramX10mmX10mm，圆柱体微生物柱长150ram，半径30mm，圆形进水口直径30mm。出水溢流f1敞n反席嚣图1固定化微生物反应器的结构示意图为了保护微生物柱内的载体，将微生物柱安装于曝气头下80ram处，根据曝气头不同安装高度设计的4种模拟安装方案见表l。t国家自然科学基金项目(21167003)。女+黄世钊，男，1963年8月生，副教授。广西省南宁市，530004。642化工机械2016钷表1模拟安装方案mm2数值模拟方法2．1数学模型Fluent中用于研究多相流的有欧拉一拉格朗日方法和欧拉一欧拉方法。在欧拉一拉格朗日方法中，离散相的体积分

5、数很低，粒子运动轨迹的计算是独立的，被安排在流体相计算的指定间隙内完成。在欧拉一欧拉方法中，不同的相被处理成互相贯穿的介质，各相的体积率之和为1¨1。由于笔者模拟的是气体一液体两相流，其中一种相所占的体积无法再被其他相占据，故采用欧拉一欧拉方法。水为主相，气体为离散相，气相体积分数较低且气体分布宽广，采用混合模型。采用液相标准湍流(Standard-艿)模型，该模型适合完全湍流的流动过程模拟，适用于初始迭代、设计选型和参数研究，比RNGk-8模型求解气泡问题更为准确、更易收敛H1。2．2网格划分和边界条件利用Gambit软件建立固定化微生物反应器三维物理模型并划分网格，反应器内部结构

6、较为复杂，网格类型选用TGrid，这种网格形式对物理模型具有较强的适应性，网格尺寸内部间隔取值为10。将反应器内气一液一固三相简化为气一液两相进行模拟，设定两相为清水和空气，清水为主相，空气为离散相，离散格式时间倒数采用一阶迎风格式，压力速度耦合采用Simple算法。认定气泡为单一尺寸，不考虑气泡聚并与破碎。边界条件中，曝气条四面采用质量流量进口，其值为0．129／s，进水采用速度进口，流速为0．5mm／s。气体从敞口反应器上部溢出，清水从方形溢流口流出，反应器顶部与大气相连，空气与清水出口采用压力出口，反应器壁面采用非滑移壁面，初始条件下反应器内水的体积分数为1。3模拟结果分析3．

7、1反应器内液速分布在反应器内，液相速度直接影响气体的滞留程度、氧传递效率和气液混合程度¨1。图2分别为4种模拟方案下，截面茗=0．06m处的液相速度矢量图。a．方案A单位：m／sc．方案Cd．方图2截面戈=0．06m处的液相速度矢量图m蝴㈨㈨㈨∽叫㈣㈣峨∽㈣¨㈣似哺呻㈣∽嘴噼㈨剿纛零譬_囊_H喇■＆黼啊璃嬲嘶越m碍硝*■∞t精晦_■_藤黼㈣，誓．●一腿嘲啊啊唧啪啊啊H啊明蛐髓隅嘲珊强础幽硼啊圈嗍■蕊。■●第43卷第5期化工机械643从图2中可以看出，曝气头