Numerical Simulation for Hydraulic Characteristics in Moving Bed Biofilm Reactor
tract:Numerical simulation was carried out by using two-dimensional N-S equation for the flow field in moving bed biofilm reactor.This method can describe the water flow velocity and vortex function distribution on all points of the reactor,with the simulation result in good coincidence with field test data.
Keywords: moving bed biofilm reactor;hydraulic characteri stics; numerical simulation
2.1.1 几点假设 ① 假设反应器内为单相液流(不可压缩粘性流体),忽略气体()和固体(填料)对流态的影响,同时忽略密度流影响; ② 假设反应器为长方形,忽略反应器厚度对流态的影响,此时可将反应器水力模拟简化为二维平面流; ③ 由于反应器顶部总是有部分填料聚集,影响了废水及填料的旋转运动,因而可将顶部边界简化为固壁处理; ④ 头位于反应器左下方,假设的气压和气量在满足向反应器内生物供氧的同时,还能满足反应器废水及填料旋转所需的最小驱动力。 由此可将该问题的求解简化为二维平面不可压缩粘性流体的流态模拟。 2.1.2 二维平面不可压缩粘性流体的N—S方程 对于二维不可压缩粘性流体,常用N—S方程的涡流函数法求解,其无量纲形式为:
由图可见模拟结果和实测结果吻合较好,图6、5均显示靠近反应器左边侧处(x=0附近)的上升流速最大,这是因为器位于反应器的左下角(如图2所示),而在反应器的右上角出现填料相对静止区,模拟和实际观察结果都显示了这一现象。实际观察到的填料在反应器内运动循环状态与数值模拟结果也非常相似。 ① 对比MBBR反应器的实测流态图和模拟流态图,可以看出数值模拟结果与实测数据较为接近,数值模拟结果基本反映了反应器内的实际流态。 ② 从MBBR反应器内的流态分布可以看出,实际流态并不均衡。在反应器左侧(填料上升区,即动力区)流速较大,并且出现了双峰现象,而在反应器右侧上方也出现了流速的峰值。相对而言,反应器右上角和右下角流速较小,填料容易出现停滞或堆积。建议采取一定的导流措施来强制循环(如改进装置的布置方式、将反应器池壁四角抹成斜面或内置导流板等),以使反应器内流态分布趋于均衡,使废水与微生物充分接触,并维持较高的氧传质速率。 ③ 与采用物理模型的试验研究相比,数值模拟方法更为经济和简便。特别是对于大型的实际反应器,用实测技术很难取得反应器中各点水流状态数据,而采用数值模拟方法能够弥补实测技术的缺陷,模拟出反应器中每一点流场的详细数据。数值模拟方法有助于设计和操作人员了解生物反应器中的真实流态,有利于反应器构造的优化设计和提高运行管理水平。