雙曲面攪拌機在沉淀池中的應用及流動數值研究
來源：藍深集團 閱讀：5768 更新時間：2012-11-16 11:21【摘要】污水處理在除磷脫氮的工藝過程中，需要有效的攪拌設備。針對雙曲面攪拌機運用于污水處理沉淀池的工程實例，對雙曲面攪拌機進行了CFD數值計算，計算過程中對流場進行全結構化網格劃分，考慮介質為水與泥漿的混合物，采用多相流混合模型，分析顯示了其流場的分布狀況，及葉輪表面壓力云圖、內流速度矢量圖等，并得到運行穩定時候泥漿濃度的分布規律，計算結果表面：本次設計選型滿足了工藝對于污泥在水池下層不沉淀，同時不進入上層澄清區的要求。研究結果對在沉淀池中雙曲面攪拌機的設計理論研究和選型應用，起到了指導作用。
【關鍵詞】雙曲面 攪拌機 沉淀池 兩相流
攪拌設備，被運用于多種場合，在環保產業中，攪拌機更是污水處理必不可少的設備。隨著對環境保護的重視，國內外對于攪拌設備，都加大了研發力度，各種結構的攪拌機，不斷推向市場。其中，雙曲面攪拌機以其低轉速、低能耗、運行可靠及操作方便等諸多優點逐漸為市場所接受，尤其是它出色的攪拌效果在不同的使用條件下一再被驗證，因此使它在國內外污水處理廠和有攪拌需求的場合得到廣泛應用。已成為各大設計院及用戶在選擇攪拌設備時優先考慮的對象。
德國ABS公司于上世紀九十年代對雙曲面攪拌機開始進行研究并推出了系列產品，主要用于污水處理的厭氧環境。通過十多年的市場孕育，國外INVENT公司等對此進行了發展，拓展了雙曲面攪拌機的運用范圍，可以與其他通風設備等綜合運用于好氧池中并取得良好效果，其安裝形式也發展了多種選擇方案，但由于產品正處于發展期，關于設計及選型計算方面的論述極少。F.T.Pinhoa,*等人對雙曲面攪拌機的功耗及流場內的速度分布、湍動能、攪拌池內的顆粒懸浮狀態及其他一些特征進行了研究，通過CFD及實驗等手段初步分析了雙曲面攪拌機的優越性。
而我國對于雙曲面攪拌機的研究工作剛剛起步，還沒有一個針對性的理論依據和設計方法，河海大學郭珍珍等對雙曲面攪拌機進行了CFD的模擬，并據此優化結構，但未涉及兩相流的情況。汪文生等對雙曲面攪拌機的流態，也做出了描述。雙曲面攪拌機在市場上的廣泛應用，促使研究人員加快了該設備特性的系統研究，同時對該設備的實際運用，進行不斷地探索。
1、雙曲面攪拌機原理
在各種攪拌結構形式中，雙曲面形狀攪拌器從流動技術上來說，近似于一個沒有前蓋板的半開式離心泵葉輪。所謂的雙曲面攪拌機葉輪，就是以雙曲線為母線，繞旋轉軸旋轉一周后形成雙曲面，并在該雙曲面的上方附有導流板（一般為8條），從而形成完整的雙曲面攪拌機葉輪。
由于雙曲面攪拌機的使用情況沒有像其他旋轉機械如流量、揚程、或者壓頭等具體的指標作為判斷依據，且雙曲面攪拌機的使用大多在非清水池中，無法直接觀察流場等一系列因素，因此雙曲面攪拌機的設計及選型，必須依賴于CFD數值計算的幫助。馬慶勇利用CFD數值計算技術對攪拌池內部的固液兩相流進行了研究，VAN等對不同轉速下的固液懸浮狀態進行了分析，都驗證了數值計算在模擬攪拌池固液混合情況下的的可行性。
2、工程應用實例
天津市政設計研究院在某污水處理工程中，為一邊長為20米的正方形二次沉淀池進行雙曲面攪拌機選型，池深7500㎜，水深7000㎜。該沉淀池由上而下分為澄清區、填料區和污泥區。其中澄清區高度為1500㎜，填料區高度2000㎜，污泥區高度為3500㎜，污泥濃度為20g/L。按照設計工藝要求，池子下部活性污泥不能沉淀，同時，污泥也不能進入上層的澄清區，否則影響出水水質。
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