扬水曝气器是针对大水深水库富营养化、沉积物内源污染物严重等问题提出的,能实现混合水体、增加水体溶解氧的水质改善设备。它能够通过混合上下水层达到将表层藻类向下迁移使藻类生长受到抑制直至死亡的目的。也可以通过循环混合作用破坏水体分层,促进表层高溶解氧水体向下传递,或者直接向底部水体曝气来改善下层水体的厌氧状态,从而控制沉积物中氮、磷、有机物、铁、锰等污染物释放。计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)是通过计算机数值计算和图像显示,对包含有流体力学和热传导的相关物理量的系统所做的分析。CFD可以看作是在流动基本方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟,我们可以得到及其复杂的流场内各个位置上的基本物理量(如速度、温度、压力、浓度等)的分布,以及这些物理量随时间的变化情况。FLUENT是目前功能最全面、适用性最广、国内使用最广泛的CFD软件之一。实践证明FLUENT软件具有强大的计算功能,可以处理气、水的传热和运动问题。本文通过FLUENT软件对扬水曝气器的外围流场以及曝气室流场的模拟得出以下主要结论:(1)针对不同导流板角度情况下流场的模拟可得出:随着导流板与水平线的角度不同,在流畅中形成的漩涡旋转方向也不同。经模拟计算,37°是漩涡旋转方向发生改变的分界线。当导流板角度从0°变为37°时,由于漩涡旋转方向的改变,模拟区域里除藻区域的比重会明显增加20%,但是从37°再继续增加导流板角度,模拟区域里除藻区域不会有较大变化。而且在相同的出水口流速以及相同的漩涡旋转方向下,导流板角度的改变对流场的混合强度没有明显的影响。(2)变化出水口流速以及模拟半径可以得出:在相同模拟水域半径的情况下,增加出水口流速对除藻区域的影响不大,但可以加快稳定流场的形成,同时增强流场的混合强度。在出水口流速相同的情况下,水域半径由50m增大到100m后除藻区域面积减小,混合强度也稍有减弱,形成稳定流场所需要的时间大大增加。(3)曝气室提水量随着气泡直径的增大而增大。气泡直径从1mm增大到5mm时,提水量增加的较为明显,能增大253.69%;从5mm增大到10mm时提水量增大效果不明显,只增大了13.94%。(4)当气泡直径小于5mm时,有50%以上的气量都随着水流进入到回流室,进而下潜到底部水体,再加上小直径的气泡与水体接触的表面积大,所以气泡直径越小对改善水体溶解氧的状况的效果越好。小直径气泡不利于气水分离,因此生成气弹需要较长的时间。
