9.2.1 所选模型
采用加拿大温莎大学Imam博士1983年利用激光多普勒风速仪所测的矩形沉淀池内速度分布实验作为验证实例。在该模型中，将沉淀池作了简化，没有考虑污泥斗、挡板位置以及沉淀池底坡的影响。该模型的具体尺寸为：L＝0.73m，H＝0.119m，hb＝0.069m，h＝0.085m。如图9－2所示。
图9－2 计算区域
9.2.2 网格划分
计算网格由Gambit软件生成，网格划分采用了结构网格。经过多套网格划分方案试算，确定计算网格如图9－3所示。
图9－3 网格图
9.2.3 边界条件的处理
进口边界：给定进水口处速度值。出水口边界：给定出水口边界压力。固体壁面：采用壁面函数法。自由表面被假设是水平面，可将其近似看作对称平面，所有变量的法向梯度为零。
9.2.4 数值模拟计算结果
为研究沉淀池内不同雷诺数（Re＝11950，Re＝17032，Re＝25719）下的流场分布规律，现提取沉淀池内不同雷诺数下的流线图和流速矢量图，结果如图9－4所示。在流线图中，流线的疏密程度可以反映速度的大小。水流绕经过挡板进入沉淀池，而后经溢流堰流出沉淀池。从图中可以看出：整个沉淀池分为3个区域：入口区域、沉淀区域和出口区域。整个流场存在2个水流“死区”，分别位于入水口的上方和出水口的下方，水流缓慢。入口区域的流态为紊流，存在一个主要的漩涡区，位于入水口的上方。随着雷诺数的增大，漩涡区的面积明显增大。在沉淀区域，流态非常稳定，利于悬浮物的沉降。从流速场中可以发现以下规律：水流从池底进入沉淀池时，池内会出现两处漩涡：在挡板的后方会产生一个大的漩涡，在出水堰板附近会产生一个小的漩涡。随着雷诺数的增大，在实际运行中，挡板后面的漩涡会有比较明显的增加，而堰板附近的漩涡变化很小。对于Imam等人的模型池，回流区占整个沉淀池立面面积的15％～35％，在回流区内速度值很小，部分水流接近停滞状态，形成无效池容。沿水流方向，流速随过水断面的变化而变化，在挡板后方出现了一个较大的回流区，明显偏离了理想沉淀池的假定——水流在整个过水断面上流速均匀分布。
图9－4 不同雷诺数（Re＝11950，Re＝17032，Re＝25719）的流线图与速度矢量图
为研究沉淀池内的紊动特性，现提取雷诺数Re＝11950下的紊动动能图和紊动动能耗散率分布图（见图9－5和图9－6）。由图可见：在出口区域，流态较为复杂，出水口附近紊动强烈。出口附近区域中的水流因流线收缩，水流向上的流速较大，不利于悬浮物的沉降。
图9－5 紊动动能图（Re＝11950）
图9－6 紊动动能耗散率图（Re＝11950）
为验证所选模型的可靠性，将沉淀池内不同位置上（x＝5cm，35cm，65cm）的流速模拟值与实验值相比较，结果如图9－7所示。从图中可以看出，池底和池表面混合液流速较小，中间区域流速较大，模拟值和实验值吻合良好，说明所选模型能很好地捕捉到沉淀池内的流速分布规律。
图9－7 x＝5cm，35cm，65cm截面计算流速与实验对比图
为进一步验证所选模型的可靠性，现将本次计算的模拟值与Imam等人实验及计算结果相比较，结果如图9－8所示。从图中可以看出，本次模拟的回流区长度与流量的关系图与Imam等人的实验结果的吻合程度比Imam等人模拟得好，说明本次计算所选模型能很好地捕捉沉淀池内的流场分布规律。
图9－8 回流区长度与流量关系图
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
