射流曝气的气液两相流的数值模拟.docx

摘要射流曝气在活性污泥处理方法中起着重要的作用。采用数值模拟的方法研究自吸式单级单喷射流器中的气液两相流动状况,通过对不同长径比和喷嘴面积比的射流曝气器模型的气液两相流的计算,定量分析长径比和喷嘴面积比
对射流曝气器流场和空气与工作介质流量比的影响,为进一步设计开发新型高效的射流曝气器提供参考。
关键词射流曝气器气液两相流数值模拟长径比
中图分类号 X70313 文献标识码 A 文章编号 100829241 (2006) 0320048205
The numer ica l simula tion of ga s2liqu id two2pha se flow in jet aera tionChenWeip ing J iang Fan Li Yuanyuan L i Xiaoqiang
(College ofMechanical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou, 510640)
Abstract The jet aeration is very important in activated sludge p rocessing. The numerical simulation ap2
p roach is used to study the gas2liquid two2phase flow status of single port self2p riming jet aerator. Different ratios
of length to radius and jet port area ratios of the jet aeratormodels are calculated with numerical simulation. The
influence of the ratio of length to radius and jet port area ratio on flow fields of jet aerator and flow ratio about gas
to actuating medium is analyzed quantitatively. The research results can be used as reference to design and de2
velop new types of high2effect jet aerator.
Key words jet aerator; gas2liquid two2phase flow; numerical simulation; ratio of length to radius1
前言
曝气在活性污泥处理方法中起着重要的作用。
曝气的方式有3种,由于射流曝气兼有充氧和推流作用,动力效率比转刷类曝气机高,维护比微孔曝气简单,所以在内循环氧化沟工艺中被广泛采用。早在20世纪40年代,国外就开始采用射流器作为污水生化处理的充氧设备。1947年,美国的Dow化学公司将射流曝气法用于规模为1815万m3 /d的污水处理厂[ 1 ] 。而到了20世纪五六十年代,国外对射流曝气法的应用就更多了,并逐渐成为继鼓风曝气和机械曝气后的第3类曝气法。国内对射流曝气法的研究和应用始于20世纪70年代,主要用在中小型污水处理装置中。
射流器实质上是一种集吸气和混合反应于一体的曝气设备,它通过液体射流对气体进行抽吸和压缩。由于射流器内部流体的运动属于气液两相流,而水和空气之间密度和热容相差很大,因而流动状态非常复杂[ 2 ] 。但在开发射流曝气器时,有必要了解其中的气液两相流动情况,特别是结构尺寸对气液两相流的影响。本文作者在射流曝气器的气液两相流数学模型研究的基础上,采用数值模拟的方法对自吸式单级单喷射流器中的气液两相流动状况进行研究,找出不同长径比对射流器中空气溶解性能的影响,给设计开发新型射流曝气器提供参考。
2 射流曝气的气液两相流的数学模型在自然界和工业技术中,两相流动(气固两相流、固液两相流和气液两相流)现象比较常见。大
约是19世纪末,人们已经开始注意到两相流的现象。20世纪初,在观察研究的基
础上明确提出了两相流问题,之后,对两相流的研究渐渐地多起来。20世纪40年代,研究人员开始用统一观点系统地分析研究两相流。20世纪60年代以后,越来越多的学者探索描述两相流运动规律的基本方程。接着,有关两相流的专著和教科书的陆续出版,以及国际多相流杂志创刊,标志着两相流理论趋于成熟。近几
十年来,研究工作的特点是向瞬态过程、基本理论、应用数值计算方向发展[ 3 ] 。但大多数两相流研究集中在气固两相流和固液