旋流式厌氧发酵罐水动力学特性的CFD研究

阳泽灏，田凤国,李国华，韦志扬

（东华大学环境科学与工程学院，上海 201620）

摘  要：采用计算流体力学数值模拟的方法深入考察了旋流式厌氧发酵罐内的水动力学特性，对比分析了进水管偏转角度对逸度分布、湍流强度以及剪切速率的影响作用。研究发現，在旋流式厌氧发酵罐中，流动特征主要由旋流主导，罐体壁面附近区城的上升流速较高，而罐体中心区城的流速较低，这可能导致局部混合不充分。在较小的偏转角度下，端流强度主要集中在底部，随着偏转角度的增大，湍流和剪切速率的分布逐渐扩展至其他区城，整体趋于均匀。适当的偏转角度能够优化流动模式，减少局部低速滞留区，从而提高反应器的整体性能，改善流速分布的均匀性和传质效率。

关键词∶旋流式厌氧发酵罐;进水管偏转角度;剪切速率;计算流体力学

0 引言

上流式厌氧发酵罐（UASB)在废水处理领域中扮演着至关重要的角色，其内部的流动特性不仅决定了反应效率，也关系到污泥颗粒的分布与稳定性。通过引人旋转流动，旋流式进水方式有助于使反应器内的流速分布更加均匀，从而提高整体反应效率并增强污泥颗粒的稳定性。而在旋流式进水系统中，不同的进水管偏转角度可以显著改变流体的运动模式，从而优化反应器的传质效率和提升反应效果。随着数值模拟方法的发展，计算流体力学（CFD)为UASB反应器内部流动机制的深人研究提供了重要手段。CFD技术能够在不依赖复杂物理实验的条件下，预测不同结构参数对流动状态的影响，评估流场均匀性和死区分布情况，为进水系统的节能优化设计提供理论支撑。目前大多数有关UASB反应器的CFD研究仍集中在实验室或小规模系统上，因此，为进一步拓展研究成果，有必要开展针对更大处理能力反应器的全尺度CFD模拟分析。

本文通过CFD方法，对UASB反应器内的水动力特性进行稳态模拟，重点研究进水管偏转角度对流速分布、湍动能以及剪切速率的影响，为进水系统设计提供优化方案，提升UASB反应器的运行性能。

……