清水池节能与氯消毒优化设计研究

【摘要】： 随着经济迅速发展,水源污染和水厂能耗日趋严重,给水厂中消毒工艺日益重要。本文以提高清水池氯消毒效率和降低清水池能耗为目标,利用计算流体力学(CFD)商业软件Fluent作为仿真计算平台,结合示踪实验,研究清水池的水力特性,并对清水池的结构进行优化设计研究。 本文建立了一种清水池节能模型,即在清水池内设立配水池,以提高池内水位。根据清水池的全年日均能耗量和全年日均水头损失进行数学建模,并根据配水池进水量、出水量以及送水泵站抽水量的关系来进行分析和计算,得出了清水池中全年电量与全年平均日供水量的关系,达到节能优化的目的。 运用示踪实验的方法研究圆形清水池内的水力特性和有效水力停留时间t10,t10能更准确反映消毒剂在清水池内的实际停留时间;根据圆形清水池的示踪实验结果和CFD模拟结果对比可知,CFD计算精度可以达到较高水平,其可视化结果可以更加直观地显示清水池内的水力特性和流态。 采用加入用户自定义标量(UDS)的方法,编写用户自定义函数(UDF),加载到Fluent中,建立二维矩形清水池和圆形清水池数学模型,分别模拟了矩形清水池和圆形清水池分别在1,2,3,4,7个导流板五种情况下的水流流场,并得出了示踪剂停留时间分布函数和水头损失。分析比较了2个导流板矩形(圆形)清水池时,增加穿孔板,改变廊道拐角形状、扩大口径和改变导流板长度对消毒效率和水头损失的影响。 CFD模拟结果表明:随着导流板数目增加,水流流场和氯浓度分布的均匀性变好,滞留区面积减少,流态接近活塞流,消毒效果增强。但导流板数目不宜过多,超过此值消毒效果增加不明显,反而有下降趋势。另外,廊道拐角变圆弧形,随着导流板数目增多而同时增加穿孔板和增加导流板长度,同样有益于消毒效率的提高。水力损失并不简单地与导流板数目成线性关系,而且需要考虑回流区的问题。压力的损失与回流区的面积成正比例关系。 【关键词】：清水池 氯消毒效率 节能 计算流体力学 示踪实验 停留时间
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU991.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 课题的来源、目的、意义9-10
• 1.2 氯消毒10-15
• 1.3 消毒池的设计方法研究进展15-19
• 1.4 CFD 方法在水处理应用中的优越性19-20
• 1.5 研究内容和方法20-23
• 2 清水池节能优化设计研究23-28
• 2.1 清水池容积组成和功能分析23-24
• 2.2 清水池的能耗损失24
• 2.3 节能措施和装置24-26
• 2.4 节能优化设计研究的意义和作用26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 试验原理和方法28-47
• 3.1 综述28
• 3.2 反应器原理28-31
• 3.3 示踪实验原理和方法31-38
• 3.4 示踪实验模型38-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 CFD 模拟方法47-58
• 4.1 计算所涉及的软件47-48
• 4.2 计算流程48-49
• 4.3 数学模型49-55
• 4.4 UDF 和UDS 简介55-58
• 5 CFD 模拟及优化58-82
• 5.1 计算综述58-61
• 5.2 CFD 方法的可行性验证及矩形清水池的模拟61-65
• 5.3 示踪试验的模拟研究消毒效率65-71
• 5.4 清水池结构的进一步优化71-78
• 5.5 水头损失78-79
• 5.6 模型若干问题处理79-80
• 5.7 本章小结80-82
• 6 结论和建议82-84
• 6.1 结论82-83
• 6.2 研究不足和建议83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-90
• 附录1 DEFINE_UDS_UNSTEADY 宏90-91
• 附录2 DEFINE_UDS_FLUX 宏91

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