基于FLUENT的旋流池?cái)?shù)值模擬與優(yōu)化研究.pdf

1、水力旋流池是冶金行業(yè)熱軋水處理工程中的一個(gè)重要構(gòu)筑物，其作用是分離熱軋工藝?yán)鋮s回水中的氧化鐵皮，使分離后的氧化鐵皮沉淀于底槽中。但在長(zhǎng)期的實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)存在有較為嚴(yán)重的吸水井積泥、及因積泥而造成的水泵泵體損害和高強(qiáng)度的頻繁清泥等問(wèn)題，給生產(chǎn)管理帶來(lái)不便。在前一階段中課題組針對(duì)旋流池吸水井積泥現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究，通過(guò)改變旋流池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及進(jìn)口流速得到集成優(yōu)化的旋流池，解決了吸水井的積泥問(wèn)題，獲得了比傳統(tǒng)旋流池更高的氧化鐵皮分離能力。

2、 但在第一階段的研究中發(fā)現(xiàn)：模擬參數(shù)對(duì)模擬準(zhǔn)確性有較大影響，且旋流池結(jié)構(gòu)在取消吸水井增設(shè)錐形板后并未得到有效簡(jiǎn)化，穿孔板開(kāi)孔孔徑及進(jìn)水流速大小對(duì)氧化鐵皮沉淀性能也有較明顯的影響。本文將對(duì)前一階段集成優(yōu)化旋流池模型的模擬參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化研究。研究的具體內(nèi)容為：迭代次數(shù)、球形度系數(shù)、反彈系數(shù)、步數(shù)及步長(zhǎng)等模擬參數(shù)的優(yōu)化；模擬比較方案一與方案二對(duì)顆粒沉淀效率的影響，以研究為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)而采取方案二是否合理；模擬研究穿孔板開(kāi)孔孔徑及進(jìn)

3、水流速大小對(duì)旋流沉淀池分離性能的影響。 本階段仍以計(jì)算機(jī)模擬為研究手段，采用湍流流動(dòng)模型和離散相顆粒運(yùn)動(dòng)模型作為旋流池流動(dòng)特性的數(shù)學(xué)描述，利用FLUENT軟件的前處理模塊GAMBIT對(duì)旋流池進(jìn)行幾何建模與網(wǎng)格劃分，并用FLUENT軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，模擬了各自流場(chǎng)，同時(shí)獲得各自的分離效率曲線。通過(guò)對(duì)旋流池流場(chǎng)分布規(guī)律和氧化鐵皮沉淀規(guī)律的數(shù)值模擬和分析得到如下結(jié)論： (1)模擬參數(shù)優(yōu)化后的顆粒去除率在實(shí)際去除率范圍之內(nèi)，

4、說(shuō)明模擬參數(shù)的優(yōu)化使旋流池中氧化鐵皮顆粒的沉淀分離過(guò)程更符合實(shí)際情況。因此，參數(shù)的優(yōu)化是有必要的。 (2)在本階段中，對(duì)于是否采取方案二作了模擬研究。從模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)采取方案二后氧化鐵皮顆粒的分離沉淀效率較方案一時(shí)有明顯提高。依據(jù)模擬結(jié)果取消了錐形板，并達(dá)到了簡(jiǎn)化旋流池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的目的。 (3)穿孔板孔徑為A、B及C三種情況下的氧化鐵皮顆粒沉淀效率沒(méi)有太大差異，說(shuō)明改變穿孔板過(guò)水孔孔徑大小對(duì)氧化鐵皮顆粒的分離沉淀影響不大

5、。 (4)分別模擬了旋流池進(jìn)水流速為a～g情況下的顆粒沉淀效率，并將其與前一階段進(jìn)水流速為d情況下的顆粒沉淀效率進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)進(jìn)水流速在e～g時(shí)，顆粒分離沉淀效率均比較高，但以進(jìn)水流速為f時(shí)為最優(yōu)。 通過(guò)對(duì)模擬參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，提高了旋流池模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)旋流池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及進(jìn)水流速進(jìn)行模擬優(yōu)化，既提高了氧化鐵皮顆粒的去除效率，同時(shí)也簡(jiǎn)化了旋流池內(nèi)部結(jié)構(gòu)。以上改進(jìn)措施為優(yōu)化該型旋流池的設(shè)計(jì)提供理論依