回流缝宽度对三相分离器分离效果影响的模拟

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1、2014年11月农业机械学报第45卷第11期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．11．030*回流缝宽度对三相分离器分离效果影响的模拟1222郝飞麟沈明卫何勇冯雷(1．浙江树人大学生物与环境工程学院，杭州310015;2．浙江大学生物系统工程与食品科学学院，杭州310058)摘要:为探索厌氧反应器中三相分离器污泥回流缝对分离器内流场及气、液、固三相分离性能的影响，以Eulerian多相流模型为理论框架，利用计算流体动力学(CFD)技术对厌氧反应器及三相分离器中的气、液、固三相三维

2、流场以及分离效率进行了模拟分析，模拟中采用工程上常用的80、95、110、125、140mm回流缝宽度。模拟结果表明:三相分离器内部的三相流速大大高于反应器的设计上升流速，其中固相平均流速相对较高;三相分离器内部液相流场以环流为主;污泥回流缝宽度对气、液流动相影响小，对固相影响则相对较大;三相分离器对固相的分离效率较高，混合液经过一层挡板的固相分离率均大于87%，而气相的分离率最低在60%;污泥回流缝宽度越宽、各单层的气、固相分离效率下降，通过三相分离器最上层沉淀区域的补充，混合液中的固相基本上能达到完全分离，

3、而气相在回流缝宽度为95mm左右时分离效率最高。关键词:三相分离器回流缝宽度多相流厌氧反应器模拟中图分类号:X703;TQ028.4文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)11-0194-07该方法设计的回流缝宽度往往偏小，其计算值一般引言［1－6］小于30mm(包括EGSB反应器)，极易导致堵环境保护领域中的厌氧技术把废水处理和能源塞，与实际运行的回流缝宽度差别较大。的回收利用有机地结合在一起，特别适用于低成本随着计算流体动力学(CFD)求解技术在化工反［1－6］［1－6］污/废水的治理，在国内

4、外有很大的应用市场和应器领域的成功应用，越来越多的研究者利用［7－11］潜力。厌氧反应器目前已发展到第3代，其中这项技术进行环境领域的反应器研究，从二沉池、澄［1－6］三相分离器(Three-phaseseparator，TS)作为厌氧反清池的流态模拟开始，正逐步深入到带搅拌器［1－6］［1－6，12－18］应器的关键设备，直接决定着厌氧反应器的效的CSTＲ类反应器流态模拟研究等方面，率。因此探索分析三相分离器内部气、液、固的运动但目前尚未涉及反应器内的复杂结构问题。本文以状况以及影响因素具有重要的现实意义。鉴

5、于三相国内应用广泛的欧洲专利变形三相分离器为对象，分离器结构与工作机理的复杂性，人们对其内部固、采用CFD技术，在模拟5种典型回流缝宽度下分离液、气三相的实际运动理论和规律知之甚少。目前器内部固体颗粒、液体和气体的三维运动情况的基在设计上通常按照固-液两相分离的理论进行设础上，分析回流缝宽度对三相分离器分离性能的影［2，5－6］计，缺少相应的理论基础，其技术一直掌握在响。国外公司手中，相关的设计方法和参数鲜有报［1－6］1模拟理论道。国内对TS的研究起始于20世纪90年代，重点在模仿、结构改良分析和性能试验等方

6、反应器内混合液在三相分离器内部的流动为［1－3，5－6］面，很少涉及到其内部的流场形成和规律等固、液和气三相的混合流动，其描述方程分为以流体［1－6］基础理论方面。为主的Eulerian-EulerianMultiphaseModel和强调颗污泥回流缝(亦称回流口)的确定是TS设计的粒运动的ParticleTransport(LagrangianParticle［13－18］一个关键问题，过大和过小均会导致TS三相分离效Tracking)Model两类，由于反应器混合液中率降低，目前国内按照固-液两相流理论设计

7、，要求固、气颗粒和质量较小，所以模拟模型选择以连续流［1－6］混合液的上升流速小于污泥颗粒沉降速度，按为基础的Eulerian-EulerianMultiphaseModel中的收稿日期:2013-12-29修回日期:2014-02-01*国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2011AA100705)作者简介:郝飞麟，高级工程师，主要从事环境保护研究，E-mail:haofeilin@qq．com通讯作者:沈明卫，副教授，主要从事农业生物环境工程研究，E-mail:shendu@zju．edu．cn第

8、11期郝飞麟等:回流缝宽度对三相分离器分离效果影响的模拟195［6，18］InhomogeneousModel连续流体模型。基于单项λα———α相的热传导率，W/(m·K)液体流动的N-S方程，考虑各相的相互特性和相互τα———α相的剪切应力，Pa作用关系，包括动量方程(Momentumequations)、连SEα———内部热源续性方程(Continuityequations)、相体