基于计算流体力学的辐流式二沉池数值模拟

时间:2022-05-16 01:47:11 其他范文 收藏本文 下载本文

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基于计算流体力学的辐流式二沉池数值模拟

篇1:基于计算流体力学的辐流式二沉池数值模拟

基于计算流体力学的辐流式二沉池数值模拟

摘要:用数值模拟的方法准确描述城市污水处理厂二沉池中的流态及固相分布对保证其稳定运行和出水水质达标至关重要,与其他常用于对二沉池进行数值模拟的经验模型、固体通量模型等相比,计算流体力学(CFD)模型在精度上具有明显优势.以基于计算流体力学的商用软件FLUENT为工具,用欧拉-拉格朗日和欧拉-欧拉方法对辐流式二沉池的流态,尤其是固相行为和分布进行了模拟研究.结果表明,固相颗粒在二沉池中的`行为和分布受颗粒的粒径、密度等自身属性以及漩涡等特殊流动现象的影响,呈现出不同于理想沉降理论的轨迹;颗粒粒径及密度越小,颗粒则越易受漩涡等的影响,沉淀池的泥水分离效果也就越差.将模拟结果与实际污水处理厂的数据对比,表明该模拟结果可靠,对工程实际具有一定的指导意义.作 者:肖尧    施汉昌    范茏    XIAO Yao    SHI Han-chang    FAN Long  作者单位:清华大学,环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京,100084 期 刊:中国给水排水  ISTICPKU  Journal:CHINA WATER & WASTEWATER 年,卷(期):, 22(19) 分类号:X703.1 关键词:二沉池    计算流体力学    FLUENT软件    固相行为及分布   

篇2:一种新型平流式沉砂池的设计

一种新型平流式沉砂池的设计

通过在沉砂池的进水处加调流墙、在溢流堰上沿水流方向设溢流槽、对排砂装置进行改进以及设置辅助冲砂设施三个方面对传统平流式沉砂池进行了改进,设计提出了一种新型平流式沉砂池,可以大大提高沉砂池的.沉淀效率,特别是对细颗粒泥砂的沉淀具有很好的效果.

作 者:刘焕芳 宗全利 Liu Huanfang Zong Quanli  作者单位:石河子大学水利建筑工程学院,新疆,石河子,83 刊 名:工业水处理  ISTIC PKU英文刊名:INDUSTRIAL WATER TREATMENT 年,卷(期): 25(4) 分类号:X703.1 关键词:平流式沉砂池   调流墙   溢流槽   排砂装置  

篇3:大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室研究进展

大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室研究进展

大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(State Key Laboratory Modelling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics,LASG)在国家973项目、国家自然科学基金委重大、重点项目、创新研究群体科学基金、院创新团队国际合作伙伴计划项目、院方向性项目等的资助下,在天气气候动力学、气候模式发展、可预报性研究、上层海洋-低层大气生物地球化学与物理过程耦合研究和计算地球流体力学等方面取得重要进展.

作 者:王暄 WANG Xuan  作者单位:中国科学院大气物理研究所,大气科学和地球流动学数值模拟国家重点实验室,北京,100029 刊 名:力学进展  ISTIC PKU英文刊名:ADVANCES IN MECHANICS 年,卷(期): 37(2) 分类号: 关键词: 

篇4:大学物理数值计算与模拟教学研究论文

大学物理数值计算与模拟教学研究论文

1大学物理教学中融入数值计算与模拟技术的必要性

随着计算机技术的发展,在大学物理教学中引入数值计算与模拟技术是计算机辅助大学物理教学的一种新形式,不失为一种比较好的教学手段。这种教学手段的优点在于:一方面它可以对物理问题进行数值计算求解,使得许多没有解析解的物理问题通过计算机求数值解而得到解决[1];另一方面,它还可以对物理问题进行模拟仿真,输出的仿真图像直观、清晰、形象、生动和真实,既可以帮助教师节约板书绘图时间,而且学生看过之后对物理知识的理解更加深刻,这种仿真还可以随意更改仿真参数,输出不同条件下的仿真图像,帮助学生全面理解所学物理知识。当前,计算机数值计算和模拟技术已日益广泛地应用于设计规划、生产制造和科学研究等各个方面,这就使得高校在校学生尤其是理工科专业学生需要具备一定的数值计算与模拟能力,以便更好地适应社会的需求。国内就有专家建议将数值计算与模拟能力写进理工科各专业培养计划中[2],以便引起高校对理工科本科生数值计算与模拟能力培养的重视。在大学物理教学中,教师可以指导学生对物理问题进行数值计算与模拟,培养学生利用计算机解决实际物理问题的能力,使学生在大学低年级就受到这方面的教育,为学生在高年级专业课学习以及大四进行毕业设计打下良好数值计算与模拟基础。教育部曾多次发文强调加强实践教学,切实提高大学生的实践与创新能力,学生的数值计算与模拟能力无疑是其中重要一环。

2大学物理教学中融入数值计算与模拟技术的可行性

首先,教学硬件上有保障。高校一般都建设了一大批多媒体教室,教室电脑里一般都安装了各种数值计算与模拟软件,教师在大学物理教学中应用数值计算与模拟技术来辅助教学是没有问题的。同时高校一般都建设了全校性的计算机中心,理工科各专业还都建设了各自的电脑机房,学生可以在全校计算机中心或专业机房里应用计算机对研究的问题进行数值计算与模拟。此外,很多学生在大学低年级就配备了电脑,他们在宿舍里就可以运用计算机对相关问题进行数值计算与模拟。其次,教学软件上也有保障。许多大学物理教师越来越意识到计算机辅助大学物理教学的重要性,因此不断提高自己的计算机操作技能,不断学习和掌握各种办公软件,一般都熟练掌握了一、两门数值计算软件。学生在上大学物理课前,一般都学习了《计算机基础》这样的全校性基础课程,具备了一定的计算机操作能力,学习了一些常用的办公软件和数值计算软件。

3大学物理教学中融入数值计算与模拟技术的实施途径探索

3.1选择比较复杂的物理问题进行数值求解

大学物理中有些问题是比较复杂的,用简单的工具(如计算器)求解不仅耗时间,而且不一定能解出来,比如描绘麦克斯韦气体速率分布曲线,其公式f(v)=4π(m2πkT)32v2e-mv22kT非常复杂,用传统方法来描绘曲线,一般先用计算器计算出各点的值(v,f(v)),然后在作图纸上描出各点,最后将各点连成曲线,由于计算量大,花费的时间长,并且因为所取的样点不多,连成的曲线不光滑,失真度高。但是借助于计算机的数值计算,这个问题就迎刃而解了。笔者运用数值计算软件matalb[3],先编写求解该问题的程序,程序中对自变量的步长取得很小,这样获得的样点数就很多,然后在计算机上运行程序,最后计算机输出麦克斯韦气体速率分布曲线,因为所取的样点数很多,所以计算机生成的曲线非常光滑,而且由于现在的计算机运算速度都比较快,生成曲线的时间都很短。此外,公式中的参量、也会影响曲线的分布,如果是用传统的方法,又需要重新计算,而采用计算机数值求解,只需在程序中改变参量的值即可,如图1所示。

3.2对需要可视化的.物理问题进行模拟仿真

大学物理中有些教学内容是需要可视化的,比如波动光学问题。一般教师在讲授光学内容时,有的老师直接在黑板上画图,费时又费力,画出的图像很难表现出光的明暗变化,有的老师借助于课件来展示,但是课件里的光学图像一般都是普通的画图软件制作的,跟真实的光学图像有很大距离。但是借助于数值计算与模拟软件,教师很容易对光学问题进行模拟仿真,仿真出的图像清晰、逼真。例如,采用数值计算与模拟软件matlab,笔者模拟了大学物理中的杨氏双缝干涉[4],如图2所示,可以看出,模拟的双缝干涉图像清晰、逼真,同时还给出了光强分布曲线进行对照,学生很容易从仿真图像理解双缝干涉的特点,加深学生对双缝干涉知识的理解,这是传统的教师板书和一般的计算机辅助教学所不可比拟的。再例如,光学中的透射光干涉,实验上一般很难观察到[5],原因是参与干涉的两束透射光光强相差较大,导致透射光干涉可见度小,这样就导致学生理解透射光干涉特征困难,为解决这个问题,笔者模拟了牛顿环透射光干涉[4],如图3所示,仿真图像清晰、逼真,很容易看出透射光干涉条纹和反射光干涉条纹明暗互补,有助于学生全面了解牛顿环干涉。笔者模拟的牛顿环透射光干涉图片被教材《大学物理学》所选用[6],该教材由华中科技大学出版社出版,面向全国发行。

3.3选择一些简单物理问题供学生进行数值计算与模拟作为课后作业

学习大学物理,给学生布置必要的作业是必不可少的,传统的作业基本就是要求学生做书本上的习题,这固然有助于学生理解和掌握物理学的基本概念、基本规律和基本方法,但对培养学生运用计算机解决问题的能力没什么帮助。为此,笔者在教学实践中,每学期都会布置几个简单的物理问题,要求学生运用计算机来进行数值计算和模拟。例如在讲完“真空中的静电场”这一章后,笔者要求学生模拟真空中一对点电荷的电场分布及等势线分布,学生通过数值计算与模拟软件,不仅圆满完成了任务,而且得到了锻炼,图4就是学生模拟的一对点电荷的电场分布及等势线分布,效果不错。

3.4指导学生参加数值计算与模拟方面的科技创新

为了能更进一步锻炼培养学生的数值计算与模拟能力,笔者一般会在所任教的班级中选择若干个学生组成若干个课外科技小组,参加全校每年举行的大学生科技创新活动,笔者要求这些科技小组以模拟物理问题作为课题研究方向,这样的课题研究往往是综合性的,需要学生全面理解和掌握数值计算与模拟技术。笔者一般在课后对学生进行指导,科技小组经过努力,完成了这方面的科技创新,有的科技小组带着科技作品参加科技创新答辩,得到了评委的肯定并获奖,图5、图6分别是笔者指导的届科技创新作品《基于matlab的光学仿真平台》主界面、届科技创新作品《电磁学仿真平台的设计与实现》主界面,这两项作品分别获得全校科技创新大赛三等奖和二等奖。

4结束语

大学物理教学中融入数值计算与模拟技术,不仅表现在物理教师运用计算机,对大学物理教学内容进行数值计算和模拟,同时也表现在教师引导学生积极参与对物理问题的数值计算与模拟,培养学生的数值计算与模拟能力。数值计算与模拟技术可以更好地辅助教师的大学物理教学,也有助于学生深刻理解和掌握大学物理知识,更重要的是还能培养学生的数值计算与模拟能力,培养学生的创新能力。计算机数值计算与模拟技术辅助大学物理教学必将受到更多有识之士的重视。

篇5:间歇运行提高二沉池负荷能力

间歇运行提高二沉池负荷能力

通过对竖流式和平流式沉淀池进行间歇运行和连续运行模拟试验,探讨出水前静态沉淀对表面负荷的影响.试验结果表明在相同的.进出水水质条件下,交替式内循环活性污泥系统间歇沉淀运行方式下的表面负荷最大值可比连续沉淀的表面负荷值高出约4倍,为同类工艺设计过程中选取较大的表面负荷提供了理论依据.这项研究结果的应用将大幅缩减工程投资.

作 者:刘琰萍 赵林 崔志峰 LIU Yah-ping ZHAO Lin CUI Zhi-feng  作者单位:刘琰萍,赵林,LIU Yah-ping,ZHAO Lin(天津大学环境科学与工程学院,天津,300072)

崔志峰,CUI Zhi-feng(北京市环境保护科学研究院,北京,100037)

刊 名:化学工业与工程  ISTIC英文刊名:CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING 年,卷(期): 23(5) 分类号:X703 关键词:交替式内循环活性污泥工艺   曝气沉淀一体化   活性污泥法   设计   表面负荷   间歇沉淀方式  

篇6:桶形基础平台沉放过程数值模拟分析

桶形基础平台沉放过程数值模拟分析

平台在沉放过程中,受到复杂的一阶和二阶流体动力作用,为了深入了解沉放过程中平台的运动特性,首先建立了桶形基础平台沉放数值模型,然后通过格林函数法和平台湿表压力积分来计算一阶和二阶流体动力,并耦合求解平台和锚泊线运动方程,得到平台的.运动响应.为了验证数值模拟计算的准确度,在上海交通大学海洋工程国家重点试验室进行了平台沉放模型试验,试验结果与数值模拟符合良好.数值模拟分析表明,平台在沉放过程中主要的运动为纵荡、横荡、纵摇和横摇,并且与来波方向有密切关系;二阶波浪力对纵荡和横荡有明显的作用;整个沉放过程中平台运动比较稳定,可以实现平台的自身压载沉底.

作 者:李蔚 谭家华 时忠民  作者单位:上海交通大学船舶与海洋工程学院,上海30 刊 名:上海交通大学学报  ISTIC EI PKU英文刊名:JOURNAL OF SHANGHAI JIAOTONG UNIVERSITY 年,卷(期):2000 34(12) 分类号:P752 关键词:桶形基础平台   数值模拟   模型试验   沉放  

篇7:周进周出二沉池的水力性能测试

周进周出二沉池的水力性能测试

摘要:周进周出二沉池工艺于20世纪80年代引入我国,目前国内已有几十座污水处理厂采用了周进周出二沉池,其中无锡芦村污水处理厂运行比较稳定,管理水平也较高.作 者:魏迅    李伟    姚念民    张晓伟    WEI Xun    LI Wei    YAO Nian-min    ZHANG Xiao-wei  作者单位:魏迅,姚念民,WEI Xun,YAO Nian-min(国美<天津>水务设备工程有限公司,天津,300191)

李伟,张晓伟,LI Wei,ZHANG Xiao-wei(中国市政工程华北设计研究院,天津,300074)

期 刊:中国给水排水  ISTICPKU  Journal:CHINA WATER & WASTEWATER 年,卷(期):2006, 22(8) 分类号:X703.1 

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