基于 FLUENT 的多级A/O生物膜反应器流态研究

1 模型的选择

       多级A/O生物膜反应器中流体的流动呈湍流流动，流体为不可压缩流体，因此，反应器的流动模型应选用湍流模型进行模拟，本文选用标准 k-ε 双方程湍流模型，其控制方程可表示为：

       连续方程：

                 

       动量方程：

式中：μeff — 有效粘滞系数；μt — 湍流粘滞系数；μ— 层流粘滞系数；Cμ  — 平均流速梯度产生的湍流动能。

紊动动能k方程：

       紊动能耗散率ε方程：

       式中参数E ij表示时均应变率。以上方程共同组成了标准k-ε模型的封闭方程组，模型中的常用参数取值见表1。

2模型的简化

       模型的简化是为了减少计算量，本研究利用 FLUENT 公司自行研发的前处理软件 Gambit 构建模型，利用计算机软件对实际工程进行数值模拟时，如对每一个细节都进行模拟将使得计算量非常之大，因此对某些不会对模拟结果产生较大影响的细节进行简化是必要的。为了减少计算量，本研究对组合工艺反应器模型进行了适当的简化，具体如下：

      （1）反应相数

       在反应器中，固相部分主要是活性污泥的菌胶团，而活性污泥混合液与水的比重非常接近，对液相流动产生的影响并不大。且反应器的好氧底部存在曝气装置，在这段区域内会有向上的速度产生，但对横向的速度影响较小。因此，在模拟反应器内流体的流态时将其简化为单相液体流动来处理。

      （2） 温度

       由于该反应器中的温度接近室内温度，无剧烈的变化，故不考虑其温度的变化，因此，将温度场视为恒温场。

     （3）刚盖假定

       流体在反应器内流动时，会使水面产生一定的波动，但在流速较小的工况下，可对水面进行刚盖假定进行简化计算，即把水面假设为水平面。此外还需对 计算域的网格进行划分，其本质是对控制方程在所规定的区域上进行点离散或区域离散，从而转变为在各网格点或子区域上定义的代数方程组，然后用线性代数的方法迭代求解。

3边界条件设置

       假设不存在水面波动，采用滑移边界条件，而对其他所有的固壁均采用非滑移边界条件，取磨擦系数为 0.5。根据不同的停留时间，计算出不同停留时间对应的进水口水流流速。

       下图为该反应器各级流速云及流线模拟图。