基于CFD的养殖污水净化内循环流化床反应器结构优化.pdf

第30卷第22期
农业工程学报
44 2014 4 11 lransactions of the Chinese Socicty of Agricultural Fngineering
Nv.2014
基于CFD的养殖污水浄化内循环流化床反应器结构优化
李源2,杨菁2※,管崇武2,宋红桥2,吴凡2,张成林2,陈晓龙2
(1.上海海洋大学工程学院,上海201306
2.中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所,农业部渔业装备与工程技术重点实验宝,上海200092)
摘要:针对水产养殖污水浄化对内循环流化床反应器的相关要求及流化状态下反应器结构、操作参数与相流体
力学行为的密切关系,该文利用构建的描述不同结构、操作参数反应器气液两相流动的计算流体力学数学模型
分析了不同结构、操作参数下反应器液体流场、液体循环流量、气含率的变化规律,得到了对于内径200mm、
底部采用均孔布气盘的反应器,在表观气速为0.5~2.5cm/s时,导流筒与反应器的内径比0.5,导流筒高度与反
应器内径比6,导流倫下端到反应器底部距离50mm,导流筒上端到液面距离100mm为最优值;针对液体循环
流量,使用相关数学模型求解理论值并与试验值进行比对,通过偏差分析探究了数学模型应用的局限性;使用
MAII,AB最小二乘法拟合了反应器在最优结构参数下表观气速与液体循环流量、气含率的关系,验证了拟合公式
的精确性。该研究为内循环流化床反应器在水产养殖污水处理中的设计应用提供理论和技术参考。
关键词:水产养殖;计算流体力学;结构;内循环流化床反应器;参数
doi:10.39695jiss.1002-6819.2014.22.006
中图分类号:S951.2
文献标识码:A
文章编号:1002-6819(2014)-22-004-09
李源,杨菁,管崇武,等.基于CFI)的养殖污水净化内循环流化床反应器结构优化[り].农业工程学报,2014,
30(22):44-52
Li Yuan, Yang Jing, Guan Chongwu, cl al. Optimization for structure of intcrnal loop Fluidized bed reactor based on
computational fluid dynamics I. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Fngineering(lransactions of the
CSAF), 2014, 30(22): 44-52.(in Chinese with Fnglish abstract)
0引言
方法;2)水产养殖污水净化对FBR结构参数、操
作参数、反应相、气体分布器等方面有其特定要求,
内循环流化床反应器( intcrnal loop fluidized无法照搬其他域的相关应川经验。杨海光等?探
bed reactor, ILFBR)是污水生物处理反应器中的一究了不同体系下操作参数对 ILFBR循环液速、气含
种高效反应装置。由于设置了导流内构件,使得反率的影响,但未对结构参数影响进行探讨:练以诚
应器内相的随机运动变为循环运动,延长了反应器等川考察了表观气速、导流筒尺寸对 ILFBR气含
内多相混合、输送和传质的过程,强化了相间生化率、液体速度的影响,但其布气方式与养殖污水浄
反应的效果,具有结构简单、流体流动均匀、传质化相关要求差别较大: Molina等2探求了分缸式生
特性好、处理效率高等特点中。日前,IFBR在石物反应器中气含率与操作参数的关系,但其传质相
油化工、生物医药、市政工程等领域的废水处理中为蔗糖溶液,研究结果对于水产养殖中水-空气体系
获得广泛研究和应用,但在水产养殖领域,其污存在一定适用偏差。
水处理相关研究和应用却鲜有报道。主要原因是:
计算流体力学( computational fluid dynamics,
)工况运行下的IFBR内流体力学行为独特,其CFD)是通过计算机模拟流体流场、传热等物理现
性能与相流场密切相关。流场特性深入研究是反应象的技术?。采用该技术可对LFBR在不同操作
器设计关键,而长期以来缺乏进行系统研究的技术及结构参数条件下流体力学过程进行模拟,是对流
场特性让行深入研究的有效技术手段。
收稿日期:2014-09-01修订日期:2014-10-30
根据养殖污水浄化相关要求,本文运用CFD
基金项目:国家科技支撑计划(2012BAD25B03):上海市科技兴农重
技术对在一定表观气速及某种特定结构参数下的
点攻关项日(沪农科攻字(2013)第6-4号)
水-空气二相IFBR内的流体力学过程进行模拟,
作者简介:李源,男,研究方问:渔业装备与工程。上海上海海洋探讨其对液体流场、液体循环流量、气含率影响,
大学工程学院,201306。上mail:shuiaiwuhcn(qo.com
※通信作者:杨菁,女,研究员,研究方向:水产养殖工程。上海中
并对循环流量、气含率与表观气速间数学关系进行
国水产科学研究院洎业机械仪器研究所,200092
了讨论,以期为LFBR在水产养煊领域污水处理中
Email: yangjing( amiri, ac cn
的设计及应用提供理论支持