论文题目：基于数值模拟的新型CSO调蓄池结构优化与运行参数研究
摘要：合流制溢流（CSO）污染危害极大,是我国当前水体环境治理工作中的一项重点与难点。调蓄池凭借自身高大空间的优势能快速截留合流制溢流污水,在CSO污染的治理中发挥着十分重要的作用。目前,大多数的调蓄池仅作为调蓄流量之用,截污效率不高。本文基于异重流与平流沉淀相结合的原理,构建一种能提高沉淀截污效率且便于放空、排泥的新型CSO调蓄池。采用CFD稳态模拟与正交试验相结合的方法,以SS去除率为指标,对新型调蓄池的结构尺寸进行优化并分析其沉淀截污机理,结果表明,在停留时间为0.7h的稳态模拟下,新型调蓄池获得最佳截污效果的最优结构参数为:进水口长度1.6m、竖直挡板深度2m,水平挡板长度0.75m和底部斜板角度45°;基于一种简便的CSO水量过程线计算方法,借助上述最佳参数模型,采用CFD非稳态模拟的方法,对比研究新型与传统调蓄池在实际运行工况中的SS去除率,结果表明:在暴雨重现期P不大于1的工况下,新型调蓄池的截污效率为同等体积传统调蓄池截污效率的2倍左右。采用相似准则制作新型调蓄池的小型物理模型,在两种不同停留时间的工况下进行数值模拟与物理实验的验证,结果表明:两种研究方法获得的SS去除率变化趋势基本一致,平均误差在10%左右,数值模拟与物理实验结果获得良好的吻合;借助上述物理模型,研究不同停留时间、进水浓度对物理模型沉淀效果的影响,结果表明:增加停留时间和降低进水浓度都有助于提升物理模型的沉淀截污性能。借助CFD稳态模拟,研究不同停留时间、进水浓度、悬浮颗粒粒径对新型调蓄池沉淀效果的影响,并分析其产生影响的机理,结果表明:停留时间的升高和进水浓度的降低,会提高新型调蓄池的沉淀截污性能,悬浮颗粒粒径在0.01mm-0.15mm范围内变化,对新型调蓄池沉淀截污性能产生的影响很小,当悬浮颗粒粒径大于0.15mm以后,粒径的增加会降低新型调蓄池折流段的沉淀性能。
关键词：CSO污染;新型调蓄池;三维固-液两相流数值模拟;物理实验
学科专业：市政工程
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 合流制溢流污染现状与特点
1.1.2 合流制溢流污染治理
1.2 调蓄池的应用与研究
1.2.1 调蓄池的应用和发展
1.2.2 国内外关于调蓄池的研究
1.3 沉淀技术的应用与优化
1.3.1 沉淀技术的应用
1.3.2 沉淀技术的优化提升
1.4 研究的目的及意义
1.4.1 研究的目的
1.4.2 研究的意义
1.5 研究的内容、创新点和技术路线
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 创新点
1.5.3 技术路线
1.5.4 本章小结
第2章 CFD数值模拟简介
2.1 调蓄池数值模拟相关研究
2.2 FLUENT基本理论及应用
2.2.1 FLUENT基本计算流程
2.2.2 网格划分
2.2.3 求解的基本控制方程
2.2.4 求解参数设置
2.2.5 后处理
2.3 FLUENT两相流模型的选择
2.3.1 离散相模型(DPM)
2.3.2 VOF模型
2.3.3 欧拉模型
2.3.4 混合模型(Mixture)
2.3.5 两相流模型的选择
2.4 FLUENT湍流模型
2.5 本章小结
第3章 新型合流制溢流调蓄池的设计与结构优化
3.1 新型合流制调蓄池的结构设计
3.1.1 基本原理的概述
3.1.2 研究规模的确定
3.1.3 新型结构的介绍
3.2 数值模型与边界条件
3.2.1 数值模型的构建
3.2.2 模型方程的选择
3.2.3 边界条件的设置
3.2.4 工况参数的设置
3.2.5 计算过程物理量的监控
3.2.6 收敛的判断
3.3 新型合流制溢流调蓄池结构参数的优化
3.3.1 正交试验的设计
3.3.2 正交试验的分析
3.4 最优结构稳态模拟结果分析
3.4.1 去除率
3.4.2 模拟结果三维物理量场分析
3.4.3 模拟结果浓度场分析
3.4.4 模拟结果流场分析
3.5 新型合流制溢流调蓄池的适用情况
3.6 本章小结
第4章 场次降雨下调蓄池截污效果研究及模型实验
4.1 CSO调蓄池实际运行工况分析
4.2 CSO流量过程线的推导
4.2.1 CSO流量变化的分析
4.2.2 一种CSO流量过程线推导的方法
4.2.3 CSO流量过程线推导方法计算示例
4.3 场次降雨下新型与传统调蓄池的非稳态模拟
4.3.1 传统调蓄池模型的构建
4.3.2 非稳态模拟边界条件与工况参数
4.3.3 非稳态模拟结果分析
4.4 实验的目的及主要研究内容
4.4.1 实验的目的
4.4.2 实验研究内容
4.5 实验材料与仪器设备
4.5.1 实验材料的选择
4.5.2 实验材料粒度分析
4.5.3 实验仪器
4.5.4 实验设备
4.6 实验方法与步骤
4.6.1 实验方法
4.6.2 实验步骤
4.6.3 实验工况与模拟工况参数
4.7 实验结果分析
4.7.1 实验与模拟结果对比分析
4.7.2 进水浓度对模型调蓄池沉淀效果的影响
4.7.3 进水流速对模型调蓄池沉淀效果的影响
4.8 本章小结
第5章 新型合流制溢流调蓄池运行参数的研究
5.1 停留时间对新型调蓄池沉淀效果的影响
5.1.1 工况参数设置
5.1.2 去除率
5.1.3 停留时间对浓度场的影响
5.1.4 停留时间对流场的影响
5.2 进水浓度对新型调蓄池沉淀效果的影响
5.2.1 工况参数设置
5.2.2 去除率
5.2.3 进水浓度对浓度场的影响
5.2.4 进水浓度对流场的影响
5.3 悬浮颗粒粒径对新型调蓄池沉淀效果的影响
5.3.1 工况参数设置
5.3.2 去除率
5.3.3 悬浮颗粒粒径对浓度场的影响
5.3.4 悬浮颗粒粒径对流场的影响
5.4 本章小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
致谢