【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水处理，具体涉及一种基于cfd-pbm模型的絮凝反应池结构优化方法。
技术介绍
1、随着水质要求的日趋严格和水处理工艺的不断提高，不同水质的水处理工艺趋向于多元化。水处理工艺是指一系列用于净化水质、去除水中杂质和有害物质的技术方法，常见的水处理工艺包括：物理处理、化学处理和生物处理等。其中，化学处理方式是使用化学方法，如絮凝、中和等，去除水中的特定污染物。
2、絮凝是去除水体中悬浮物颗粒的有效工艺，絮凝过程通常在絮凝反应池中进行。合理的絮凝反应池结构有助于提高絮凝反应速率，传统的絮凝反应池根据搅拌方式的不同分为水力搅拌絮凝池和机械搅拌絮凝池。水力搅拌絮凝池是利用水流流动过程中的阻力实现搅拌的作用，絮凝过程会消耗自身的能量，常见的水力搅拌絮凝池包括隔板絮凝池、折板絮凝池和网格絮凝池等。机械搅拌絮凝池是利用电机或其他动力带动叶片进行搅动，使水流产生一定的速度梯度，这种形式的絮凝池不需要消耗水流自身的能量，絮凝所需要的能量由外部提供。
3、合理的絮凝池结构在设计完成之后需要进行验证，然后进行改善优化。初步设计阶段往往是通过理论计算和工程经验相结合的方式来设计絮凝池结构，但是这种方式误差较大，在验证阶段需进行多次实验优化升级，这一过程耗时费力，消耗成本巨大，使得絮凝池结构的优化升级进度缓慢。
4、随着计算流体力学(简称cfd)的快速发展，絮凝反应池结构优化已经可以借助cfd软件进行模拟计算，实现在设计阶段尽量优化絮凝反应池的结构，进而减少后续验证阶段所需的次数、时间以及投入等，可以有效缩
5、但是，现有的絮凝反应池模拟仅使用ansys软件中的fluent对反应池内的水流进行模拟，通过反应池内水流状态间接判断反应池结构是否合理，无法直接反映絮凝反应池中絮凝颗粒的变化情况，导致模拟结果误差较大，对絮凝反应池结构设计阶段提供的参考作用有限。
6、本
技术实现思路
7、本专利技术所解决的技术问题为：现有的絮凝反应池模拟无法直接反映絮凝反应池中絮凝颗粒的变化情况，导致模拟结果误差较大。
8、本专利技术的目的可通过以下技术方案实现：
9、一种基于cfd-pbm模型的絮凝反应池结构优化方法，包括如下步骤：
10、步骤一：根据设计参数对絮凝反应池进行2d或3d建模；
11、步骤二：对步骤一建立完成的絮凝反应池模型进行网格划分；
12、步骤三：将划分网格后的絮凝反应池模型导入fluent中，选定多相流模型、水流-絮凝颗粒相互作用力模型、pbm模型，设置材料参数、边界条件参数，并进行计算求解；
13、步骤四：将步骤三获得的计算结果导入后处理软件，对计算结果的数据进行分析，并评价絮凝反应池的絮凝效果，以选择最优的结构模型，评价过程包括：
14、选取湍流动能k分布云图判断絮凝效果分布情况，在k-ε模型中，k的表达式为：
15、
16、式中，μx’、μj’、μk’为空间点沿x,y,z方向的脉动速度；当湍流动能k越大则说明在某一特定时间内流过某一特定空间点的涡旋数量越多，其涡旋强度就越大，此时的絮凝体也将越密实，最终絮凝效果也就越好。
17、选取涡旋速度梯度g'判断反应池各部分的絮凝效果，涡旋速度梯度g'越大，絮凝强度越大，g'表达式为：
18、
19、式中，ε为湍动能耗散率；ρ为流体密度；
20、选取各截面平均粒径分布和平均粒径增长率来定量评价絮凝颗粒在不同絮凝反应池中的聚并速率，各截面平均粒径分布通过fluent后处理获得，各截面平均粒径增长率a计算公式为：
21、
22、式中，a为各截面平均粒径增长率；di为第i层截面的平均粒径；di-1为第i-1层截面的平均粒径。
23、在本专利技术的一方案中：所述絮凝反应池为水力搅拌絮凝池或机械搅拌絮凝池。
24、在本专利技术的一方案中：步骤一中的反应池为水力搅拌絮凝池时，可以考虑采用2d建模；机械搅拌絮凝池必须采用3d建模。
25、在本专利技术的一方案中：步骤一中的设计参数包括池体尺寸、搅拌方式、进出口尺寸。
26、在本专利技术的一方案中：步骤二中，采用fluent meshing对步骤一所建立的絮凝反应池模型进行网格划分。
27、在本专利技术的一方案中：网格划分的过程中，对絮凝反应池的进出口位置的网格进行加密。
28、在本专利技术的一方案中：当絮凝反应池为机械搅拌絮凝池时，对机械搅拌装置所在区域的网格进行加密。
29、在本专利技术的一方案中：步骤三中，多相流模型选择eulerian模型；
30、在本专利技术的一方案中：步骤三中，水流-絮凝颗粒相互作用力包括曳力、升力、壁面润滑力、湍流分散力、湍流相互作用和表面张力。
31、在本专利技术的一方案中：步骤三中，pbm模型采用turbulent-model计算絮凝颗粒的聚并行为，忽略絮凝颗粒的碰撞破碎行为。
32、根据本专利技术的一种基于cfd-pbm模型的絮凝反应池结构优化方法，至少具有如下技术效果之一：
33、本方法作为检测絮凝反应池絮凝效果模拟评价方法的优势为：相较于实验评价效果的方式，通过数值模拟对絮凝反应池结构优化，节约时间及成本，简单方便；传统的数值模拟仅通过水流状态或者絮体大小评价絮凝沉淀池，本专利技术通过pbm模型对水流和絮体耦合，选取多个评价指标对絮凝反应池综合评价，提升模拟的精确性、可靠性。通过本方法在设计阶段即对絮凝反应池的结构进行充分优化，减少后续的实施阶段所需要耗费的时间、成本，能够更高效的完成絮凝反应池结构的优化升级目标。
34、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
技术实现思路
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1.一种基于CFD-PBM模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于CFD-PBM模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，所述絮凝反应池为水力搅拌絮凝池或机械搅拌絮凝池。
3.根据权利要求1所述的一种基于CFD-PBM模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，步骤一中的反应池为水力搅拌絮凝池时，采用2D或者3D建模；为机械搅拌絮凝池时采用3D建模。
4.根据权利要求1所述的一种基于CFD-PBM模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，步骤一中的设计参数包括池体尺寸、搅拌方式、进出口尺寸。
5.根据权利要求1所述的一种基于CFD-PBM模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，步骤二中，采用Fluent Meshing对步骤一所建立的絮凝反应池模型进行网格划分。
6.根据权利要求5所述的一种基于CFD-PBM模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，在网格划分的过程中，对絮凝反应池的进出口位置的网格进行加密。
7.根据权利要求6所述的一种基于CFD-PBM模型
8.根据权利要求1所述的一种基于CFD-PBM模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，步骤三中，多相流模型选择Eulerian模型。
9.根据权利要求1所述的一种基于CFD-PBM模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，步骤三中，水流-絮凝颗粒相互作用力包括曳力、升力、壁面润滑力、湍流分散力、湍流相互作用和表面张力。
10.根据权利要求1所述的一种基于CFD-PBM模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，步骤三中，PBM模型采用Turbulent-model计算絮凝颗粒的聚并行为，忽略絮凝颗粒的碰撞破碎行为。
...【技术特征摘要】
1.一种基于cfd-pbm模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于cfd-pbm模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，所述絮凝反应池为水力搅拌絮凝池或机械搅拌絮凝池。
3.根据权利要求1所述的一种基于cfd-pbm模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，步骤一中的反应池为水力搅拌絮凝池时，采用2d或者3d建模；为机械搅拌絮凝池时采用3d建模。
4.根据权利要求1所述的一种基于cfd-pbm模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，步骤一中的设计参数包括池体尺寸、搅拌方式、进出口尺寸。
5.根据权利要求1所述的一种基于cfd-pbm模型的絮凝反应池结构优化方法，其特征在于，步骤二中，采用fluent meshing对步骤一所建立的絮凝反应池模型进行网格划分。
6.根据权利要求5所述的一种基于cfd-pbm模...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁鸿，赵姗姗，施海仁，
申请(专利权)人：合肥中盛水务发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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