基于CFD的小间距斜板沉淀池数值模拟与结构优化.pdf

哈尔滨理工大学材料与化工硕士学位论文

基于CFD的小间距斜板沉淀池数值模拟及结构优化

摘要

小间距斜板沉淀池具有容积负荷大，沉淀效率高、可实现同程同阻配水等

优点而被广泛应用在水质净化工程中。但小间距斜板沉淀池内的流动状态复杂，

且斜板在水下运行，无法实时观测水流的微观动态，小间距斜板沉淀池的低脉

CFD

动理论也因此仅限于半经验水平。基于计算流体力学（）的多种数值模拟

方法可以形象地展现沉淀池内的流动状态，但目前尚无关于小间距斜板沉淀池

内水流微涡旋和脉动现象的数值模拟研究，尤其缺乏同程同阻型小间距斜板沉

淀池的模拟。

本文采用Fluent软件对同程同阻型小间距斜板沉淀池进行数值模拟，探讨

斜板特征、运行参数与池体结构参数对沉淀池内悬浮颗粒沉降效果的影响，采

用Realizablek-ε湍流模型、Mixture多相流模型以及Coupled算法进行二维多相

流数值模拟，选取速度场分布均匀性、污泥体积分数、湍动能及湍动能耗散率

等为评价指标，获得了以下研究结果：

10.06m/s2D3D

、当沉淀池进水花墙流速为时，与模型的速度分布基本一

2D3D

致，池内流态基本相同，仅在池体前段，的监测点速度值比的滞后于约

1200s3h2D3D

，但速度值和速度变化趋势一致。运行物理时间过程中，、及

中试试验出水中的污泥体积分数及其变化规律基本相同，表明该数值模拟过程

2D3D

中可用模型替代模型。

2、板间距30mm时，各监测点的流速变化较平缓，可实现沉淀池内的能

量均匀耗散，具备实现同程同阻的湍动度条件，能为污泥沉降创造有利条件；

60°

斜板倾角为时水流脉动性最小，尾部斜板区的湍动能强度也最低，利于小颗

粒沉淀，且全程阻力分配均匀；尽管相对较长的200mm导流板长度可使池体

前部回流区域范围更小，有利于提高出水水质，但100mm的导流板长度可使

斜板区内的流速度最低，有利于减小因水流过快而带出细小颗粒，该工况下斜

板区后部出水处的湍动能耗散分布区域范围大，且该工况下出现水质变差的时

刻也最晚，表明100mm是最为适宜的导流板长度。

3、入口流速为0.06m/s-0.08m/s时可以充分推动主流形成均匀布水，且不

会造成污泥在尾端上浮而恶化出水水质，同时，也可以减小沉淀池前端回流区

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的范围，充分发挥清水区的沉降作用，实现同程同阻沉降；颗粒粒径在50μm-100

μm范围内变化时对池内流态分布影响不大；水温较低时沉淀池内泥面上升的速

度较慢，污泥悬浮颗粒能够在池内充分沉淀，仅从粘度角度考虑，冬天时污泥

的沉降效果要优于夏天；较小的池长引起沉淀池前端回流区域过大，不利于颗

粒沉降，过长的池长对布水均匀性并无帮助，且增加占地，在采用常规进水流

速0.08m/s时，23m的池长是合理的设计池长；布水区高度为1.5m时泥斗中少

有涡旋，速度分布均衡，前端的回流区较小，利于同程同阻的实现，也有利于

全程的泥斗均发挥积泥作用。

关键词数值模拟；小间距斜板沉淀池；速度场；浓度场；污泥体积分数

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Numericalsimulationandstructuraloptimizationof

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