三叶片潜水搅拌机的数值模拟

为研究潜水搅拌机性能,应用三维造型软件Pro/E建立搅拌机叶片的三维实体模型,利用Gambit软件对污水处理水池进行非结构化四面体网格划分,在计算流体动力学软件Fluent 6.3平台上,采用动坐标系、RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对潜水搅拌机搅拌的污水处理池进行数值模拟,计算全池内流体的宏观流场与各个截面的速度分布,分析潜水搅拌机的轴向有效推进距离与水体截面有效扰动半径,同时对潜水搅拌机的功率进行了研究.计算结果表明：潜水搅拌机能使污水处理池内流体形成连续循环水流,流体轴向推进,径向扩散;池内流体充分搅拌,池内流体流速基本都在0.3 m/s以上,符合潜水搅拌机工作要求,故潜水搅拌机与该污水处理池相匹配;同时确定该潜水搅拌机可选取功率为3.0 kW的电动机.利用此方法,可为潜水搅拌机的实际工程应用提供一定参考依据.     

潜水搅拌机内部压力脉动特性分析

为深入研究由叶轮内压力脉动引起的潜水搅拌机振动的内部流场特性,利用大型计算流体软件Fluent 6.3和大型网格专用软件Gambit,采用RNG k-ε湍流模型和 PISO算法和滑移网格技术与刚盖假定方法,对潜水搅拌机搅拌的污水处理水池三维非定常湍流流场进行了数值模拟,在研究了叶轮区域及水池内流体流场特性基础上,分析了潜水搅拌机内部压力脉动特性研究.研究结果表明:潜水搅拌机搅拌叶轮内部以及叶轮附近的流体具有很明显的周期流动变化,高压低速区和低压高速区均随着叶轮的旋转而发生周期转动.叶轮进出口以及内部的压力脉动频率以叶轮转频为主.研究结果可为潜水搅拌机的实际工程应用提供参考.     

带导流壳的污水处理搅拌机流动分析与试验

利用Fluent 6.3计算流体力学软件,对带导流壳的污水处理搅拌机搅拌的污水处理池进行了数值模拟,分析了全池内流体的流场。并对污水处理搅拌池内流体流场分布进行了试验研究,通过空间布点测量了污水处理池内不同位置流体速度。利用 Excel软件绘制了污水处理搅拌池内不同位置的截面上的流体速度分布图,分析了池内流体速度分布规律。数值模拟与试验结果均得出相同的结果。流体速度沿着轴向传递明显,流体径向扩散相对较小,且污水处理池内流体的流速基本沿污水处理搅拌机轴呈轴对称分布。结果表明：该污水处理搅拌机具有明显的轴向导流且减少池壁边界对池内流体影响的作用。     

潜水搅拌机分布对污水处理池搅拌效果的影响

为研究潜水搅拌机的分布对污水处理池内搅拌效果的影响,采用三维建模软件 Pro／E建立实体模型,利用ICEM大型软件对污水处理池进行非结构化四面体网格划分,在 Fluent 63计算流体力学软件平台上,采用动坐标系技术、RNG k-ε湍流模型和PIOS算法,对潜水搅拌机搅拌的污水处理池进行数值模拟,分析全池内流体的宏观流场与各截面速度流场分布,考察各潜水搅拌机的效率,同时对污水处理池内的流体平均速度及搅拌面积率进行了研究．计算结果表明:优选方案H中,3个潜水搅拌机转速为1 200 r／min,安装角度分别为45°,30°,30°,其搅拌面积率超过90％．在3个潜水搅拌机搅拌下,污水处理池内流体形成连续循环水流,搅拌充分,平均流速在0.3 m／s左右,符合潜水搅拌机工作要求．利用此方法,可为潜水搅拌机的实际工程应用提供参考依据．     

潜水搅拌机三维两相流的数值模拟

根据潜水搅拌机实际尺寸,通过PRO/E软件建立三维模型,在Fluent6.3软件平台上,采用滑移网格模型、RNG K- 湍流模型、混合模型和Simple算法,对搅拌机在清水单相环境下以及污水-污泥两相环境下三维流动进行数值模拟。计算结果表明,搅拌机对水流轴向推动距离大,能满足设定的搅拌池长度要求,形成的搅动半径随水流的推进距离增大而增大。污水-污泥混合液中潜水搅拌机的轴向推流流速与单相流相比有所减小。在搅拌机下游一段距离内,由于搅动半径小,污泥在池底形成沉积。降低潜水搅拌机的安装位置后,搅拌机在搅拌池池底形成的流速变大,污泥沉降变弱。当搅拌机叶轮中心与池底距离减小至0.4m时,搅拌池已无明显污泥沉积现象,污水-污泥混合液的密度分布均匀。     

翼型优化在人工造流中的计算分析

针对国内潜水搅拌机主要依靠经验来选型以满足工程需求的问题,将潜水搅拌机设计与轴流泵相结合,利用轴流泵的水力设计方法--流线法对潜水搅拌机进行设计.采用多面体网格和边界棱柱层网格的混合网格划分方式,经CFD数值计算验证,得到的初始模型水力效果较好.在此基础上,统计初始模型速度环量分布规律,通过改变潜水搅拌机的出口安放角来改变速度环量沿径向的分布,对叶片翼型进行优化设计,得到了5种优化后的潜水搅拌机水力模型.在恒功率下进行对比分析,根据性能评判标准,最终发现环量分布规律1是潜水搅拌机搅拌效果最佳的翼型特征.研究可为潜水搅拌机叶片优化设计提供坚实的理论基础.     

不同池形中推流搅拌器功率消耗的数值模拟

利用FLUENT 6.0大型计算流体力学软件,采用非结构化四面体网格,动坐标系技术,k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对城市污水处理中,矩形、直圆管、渐进圆管和突变圆管等4种池形的水池进行了全池数值模拟.分析了池内流体的速度场,并对不同水池中污水处理搅拌器消耗的功率进行了数值计算与分析,对其性能进行了预测.计算研究发现,在满足规范的池内整体流速条件下,渐进圆管水池中搅拌器消耗的功率最小;直圆管水池内流体流动较为稳定,渐进圆管水池内流体流动效果次之,突变圆管水池内的流体流动效果最差.因此,渐进圆管水池和直圆管水池是较理想的污水搅拌水池.     

搅拌机布置方式对生化池流场的影响及优化

针对某缺氧池混合液搅拌效果的好坏不仅与设备自身设计有关,更受到搅拌机布置方式影响的问题,研究搅拌机布置方式对生化池流场的影响.基于Star-ccm+虚拟仿真平台,对缺氧池及搅拌机区域进行多面体网格划分,采用K-Epsilon湍流模型进行全流场数值模拟,剖析池内流场物理结构.根据搅拌机搅拌形成的环流布局,设计整体推流和分布推流2种布置方式,最终获得最佳安放角度和位置.计算结果表明:该缺氧池采用整体推流能有效减小低速区域面积,提高平均搅拌速度;当2台搅拌机与壁面呈一定角安放时,更利于推流的扩散和死角区域的改善.根据优化结果对现场进行布置,试验结果与数值模拟接近.因此,采用多面体网格计算,具有较好的收敛速度和计算精度,可为生化池流场中搅拌机布置提供参考.     

泵作透平时叶轮轴向力的数值计算与分析

为了准确预测泵作透平时轴向力的大小,采用流场分析软件CFX对泵作透平进行了全流场三维数值模拟,获得了叶轮盖板、叶轮流道内表面、叶片的压力分布及腔体内液体角速度的分布情况.结果表明:泵作透平在最高效点时每级叶轮受到的盖板力并非相等,随着级数的增加叶轮受到的盖板力呈现越来越小的趋势,而各级叶轮受到的轴向力随着来流水头的增大逐渐增大;并且各级腔内液体角速度的平均值均要高于传统认为的叶轮角速度的一半,且该值并非恒定,范围为0.42～0.70倍的叶轮转速.     

多级离心泵叶轮级间泄漏对轴向力的影响

理论分析了叶轮级间泄漏对叶轮前后盖板外侧腔体内液体流动状态的影响,指出轴向力的实际大小与计算值之间存在着差异.通过离心泵轴向力试验装置,对液流速度分布和轴向力进行了试验,研究结果表明:叶轮前后盖板外侧腔体内液体并不是以叶轮0.5倍的角速度进行运转,前盖板外侧大于0.5倍,后盖板外侧小于0.5倍;叶轮两侧的压力分布不一致,前盖板外侧压力小,后盖板外侧压力大;轴向力计算值小于实际轴向力,应对行业应用的传统轴向力计算公式进行修正.     

污水搅拌器摆放角度对流场性能影响

针对搅拌器摆放角度不合理、污水处理池内液体能耗过大造成的底部流速较低等问题,基于Fluent对搅拌器在不同摆放角度下的流场进行数值模拟,以优化设计、减少污泥沉淀.通过UG建立三维实体模型并进行四面体网格划分,利用标准k-ε湍流模型以及 SIMPLEC 算法对处理池进行模拟.在改变搅拌器摆放角度的情况下,对比处理池内的流速分布情况和平均速度大小,得出不同摆放角度对搅拌器推流搅拌效果的影响;同时还对流场中旋涡结构与搅拌能耗的关系进行了研究.结果表明:摆放角度为50°时,底部截面平均流速最大提高17.6%,体平均流速可提高6%,最大降低底部死区率12%,推流搅拌效果最佳.同时,搅拌效果也受旋涡结构影响,旋涡数量越少,单个旋涡尺度越大,旋涡能耗越低,流态越平稳,推流搅拌效果越好.可以通过改变搅拌器摆放角度,改善内部流态,减少污泥沉淀现象,降低旋涡能耗,达到改善推流搅拌效果的目的.     

叶板式饲料混合机混合机理分析与参数优化

针对我国饲料混合机的发展需要及其混合机理的研究现状,对叶板式饲料混合机进行了机理分析与参数优化。通过理论分析和高速摄像研究,按物料运动特征将混合室内物料分布区域划分为蠕动区、滑动区、抛落区,其中蠕动区以剪切混合为主,滑动区以较强的剪切混合为主,抛落区以较强的剪切混合与扩散混合为主、伴随较弱的对流混合,且各个区域的位置、大小、形状受结构和运行参数的影响很大。在物料充满系数为65%的条件下(通过预试验确定),以影响混合过程的主要因素——叶板宽度、转子转速、混合时间作为试验因素,以变异系数作为评价指标,采用三因素五水平正交旋转组合试验方法进行试验。结果表明:各因素对变异系数的影响由大到小依次为转子转速、混合时间、叶板宽度;当试验参数组合为叶板宽度138 mm、混合时间4.7 min、转子转速32.5 r/min时,变异系数为3.11%。     

推流器布置对氧化沟流场特性的影响

针对环形跑道式氧化沟污泥沉积现象,在池形结构不变的前提下,改变推流器的布置位置,以STARCCM+软件为仿真平台,采用多面体网格划分方式,调用标准k-ε湍流模型,对4台推流器同时开启状态下进行全流场模拟.分析流道各断面的速度分布、整体流场的流速分布以及流场死区率(速度低于某一值所占区域的比例),寻找适合于该池型结构的推流器最优布置方式.结果表明:推流器的安装位置对流速的分布至关重要,其与中间导流墙的间距偏大或偏小都会导致流场速度分布不均匀,死区率较高,而当其间距为环形导流墙半径与偏置距离之和的0.85倍时,整体的流速分布最为均匀,主要断面的平均流速较高,且均在0.35 m/s以上,死区率最低;在环形导流墙背后以及中间导流墙的两端不可避免地会出现脱流区域,但可以通过改变推流器位置进行改善;在氧化沟的弯道处受推流以及壁面阻碍作用有明显的涡旋现象.     

双向流道立轴潜水泵系统流动特性研究

为探索将潜水电泵和双向流道泵装置结合在一起的双向流道潜水电泵系统,通过CFX软件对该系统进行全流道数值模拟,获得了系统内的流动特性,并预测了泵装置的水力性能。对进水流道内加设不同导流措施的水流特性进行了分析,结果表明,加设椭圆线导流锥的进水流道出口流速分布均匀度效果最好,能够防止有害旋涡,保证水泵运行的进水条件。应用特别设计的、单边18°的大扩散角出水室,有效地抑制了脱流和水力损失,确保水泵系统整体效率水平。在高精度水力机械试验台进行了模型试验。试验结果表明,泵装置扬程为3.11 m,流量为256 L/s,泵装置效率达到71.9%,正、反向分别高于可逆式双向潜水泵装置7和13个百分点。说明双向流道配立轴潜水泵装置具有良好的工程应用价值。模型试验结果和性能预测结果在高效区范围内吻合,数值计算得到较好的验证。     

开式离心纸浆泵叶轮流道内部流场PIV试验研究

为研究开式纸浆泵叶轮流道内纤维颗粒对液相流场的影响,采用透明有机玻璃材料制造模型样机,以清水和0.1%质量浓度的头发纤维悬浮液为介质,通过PIV试验对叶轮流道内的流动进行可视化研究.试验结果表明:当输送清水介质时,在大流量工况下叶轮流道内流动稳定,未出现旋涡和低速区;在小流量工况下,当叶轮流道旋转到蜗壳隔舌附近位置时,在叶轮流道中段压力面附近开始产生低速区,且低速区随着叶轮流道靠近隔舌位置和流量减小逐渐增大,在远离隔舌位置的叶轮流道内未产生明显的低速区;受叶片扭曲的影响,在叶轮流道内垂直于泵轴的不同截面上的相对速度大小不同,且随着叶片扭曲程度减小,相对速度差减小;输送头发纤维悬浮液介质时,在纤维颗粒的影响下,叶轮流道内的液相流动相对速度降低,导致在小流量工况下叶轮流道中段压力面附近低速区面积增大;在大流量工况下,纤维颗粒存在使液相流动的相对速度大小分布更均匀.     

搅拌罐内纸浆悬浮液内部流动数值模拟

对搅拌罐内纸浆悬浮液的两相流场进行研究,分析搅拌罐内液相流场的流动规律.应用计算流体动力学软件Fluent对搅拌罐内纸浆悬浮液的混合进行数值模拟,采用非结构化四面体网格,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,分别模拟了搅拌器5种不同安装高度下的搅拌流场,并分析了搅拌器的速度流线分布、搅拌器叶片表面的压力分布规律、搅拌罐内固体体积分数的分布和搅拌功率.模拟结果表明：搅拌器形成一个较大的搅拌流场,主体循环较好,由固体体积分数分布图和漩涡所在平面固体体积的分布规律明确了倒锥体区域和漩涡区的位置.由搅拌器的功率系数对搅拌器的性能进行判定,根据此判定依据可知,所设计的搅拌器性能优良,研究结果对搅拌器的优化设计具有一定的参考价值.