文档介绍：2005 Fluent 中国用户大会论文集
内置格栅的旋流分离器三维流场的数值模拟
1,2 彭炯,2 李广贺,2 张旭,1 陈晋南
(1 北京理工大学化工与环境学院,北京 100081;2 清华大学环境科学与工程系,北京 100084)
摘要:采用 RNG k −ε湍流模型,对内置格栅的旋流分离器内三维流场进行了数值模拟,得到了其内部压力、速度、湍流
动能、湍流耗散率等参数的分布规律,计算结果对分析旋流分离器固液分离机理以及改进分离器的设计具有一定的指导意义。
关键词:RNG k −ε湍流模型,旋流分离器,数值模拟,暴雨径流,富营养化
1前言
近年来,随着城乡经济的快速发展,森林植被遭受破坏,水土流失加剧,大量污染物进入湖泊水体,
众多湖泊受到污染,已呈现严重的富营养化[1]。污染源主要由三部分组成:一是城市生活污水和工业废水
形成的点污染源;二是由暴雨径流、降尘及农业、生活等其他活动形成的面污染源;三是由沉积底泥、水
体及生物等形成的湖泊内源污染源。其中,暴雨径流所携带的固体悬浮物中所含的大量氮磷,成为水体中
营养物质的重要来源。监测表明,暴雨径流具有流量大、冲击性强、污染负荷高、所含固体悬浮物的粒
径较小等特点。
旋流分离器是一种在两相流中实现分离和分级的设备,已广泛应用于选矿和采矿工业、化学工业、石
油工业、轻工、环保(尤其是水处理)、食品等许多工业部门中[2]。传统的柱锥型旋流分离器已经不能满足1对
暴雨径流处理的需要,为了适应暴雨径流污染控制的需要,对传统柱锥型旋流分离器进行改进,开发了一
种基于旋流技术与阻隔技术相结合复合型旋流分离器,在其内部设置格栅,圆柱型筒体改进为螺线形筒体,
并在与进口相对的一侧设置出水口,见图 1,此旋流分离器已应用于滇池流域面源污染控制示范工程。为
了弄清此新型旋流分离器的分离机理,采用 RNG k −ε湍流模型,对其内部三维流场进行数值模拟。
2 数学模型
基本方程
瞬态不可压粘性流体,其时均方程组的张量形式如下:
连续性方程:
∂u
i = 0 (1)
∂xi
Navier-Stokes 方程:
∂(ρui ) ∂(ρuiu j ) ∂p ∂∂ui ∂u j
+ = −+ [μ( + ) −ρui′u′j ] + ρg i (2)
∂t ∂x j ∂xi ∂x j ∂x j ∂xi
式中,ui ,u j ( i , j =1,2,3)为时均速度分量; xi ( i =1,2,3)为坐标分量; p 为流体时均压力;μ为
流体动力粘度; ρ为流体密度; ui′, u′j 为速度脉动量; gi 为重力分量。
RNG k −ε模型
RNG k −ε模型是 1986 年[3]和1992年[4]由 Yokhot 和 Orszag 等人应用重整化群理论,发展并改进的一
种湍流数学模型,在高雷诺数时 RNG k −ε模型与标准的 k −ε模型具有相同的形式,只不过在方程中出现
彭炯(1972-),男,四川人,博士。研究方向:水污染控制技术和旋流分离技术。国家重大科技攻关专项“滇池流域面源污
染控制技术”(K99-05-35-02)。
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2005 Fl