发酵罐内搅拌过程的数值模拟与参数优化
污泥厌氧消化是目前污泥处理工艺中最常用的方法。由于发酵罐中搅拌状况不佳，导致罐内存在污泥分布不均匀、分层、堆积等现象，使发酵的效果不理想，影响沼气产量。在污泥厌氧消化过程中，搅拌器的优化设计是工业过程的重要环节，而利用计算流体力学(CFD)软件来研究搅拌式反应器内流体流动与混合的方法已逐渐显示其优势。本文利用数值模拟方法研究污泥厌氧发酵罐内流体的流动状态及污泥悬浮状况，对提高污泥厌氧发酵效果有重要意义。 本文以某污泥厂的厌氧发酵罐为研究对象，运用FLUENT软件，采用标准κ-ε湍流模型、欧拉-欧拉多相流模型以及多重参考系法，模拟了发酵罐内搅拌过程中的固-液两相流动。研究发现发酵罐内污泥分布不均匀，在罐顶部污泥出现分层现象，底部出现部分污泥堆积的区域，流体的流动循环速度不足以使污泥完全均匀的悬浮在发酵罐内。 分别改变搅拌器转速、桨叶长度、搅拌器离底高度，研究各因素对发酵罐内流场及污泥悬浮状况的影响。结果表明:增大转速及桨叶长度对流体的流速及污泥悬浮状况有很大的改善，桨叶长度增大到一定值以后，固相污泥分布几乎不再改变，同时转速及桨叶长度的增大也加大搅拌器的压力及功率，功率随着参数的增大而成倍增加;在一定范围内，加大搅拌器离底高度有利于改善发酵罐上部污泥的悬浮，但增大到一定值以后，流场形态发生改变，上部污泥的浓度不再增大，反而略有下降，搅拌器的功率随着离底高度的增大而减小，但变化不大。 利用正交试验法，对3个因素进行了优化设计。结果表明:对罐内固相浓度分布影响最大的是桨叶长度，其次是离底高度及转速。最佳工况是转速为626r/min、离底高度为1.6m、桨叶长度为425mm。通过对几种不同方案节能效益的分析，得出:混合时间随着功率的增大而减小，混合结束后污泥浓度在7％上下波动，幅度很小，当转速为326r/min、桨叶长度为360mm、离底高度为1.6m时，搅拌器的能耗最低。
污泥厌氧消化;发酵罐;搅拌过程;数值模拟;计算流体力学
大连理工大学
硕士
热能工程
陈贵军
2015
中文
X703
69
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）