计算流体力学技术模拟气浮池水力特征及其应用研究的任务书.docx

计算流体力学技术模拟气浮池水力特征及其应用研究的任务书
一、任务背景
气浮池是常见的工业废水处理设备，其主要原理是利用气泡的浮力使水中悬浮颗粒降低浓度或分离出来，达到净化水质的目的。但是，气浮池内的水流、气泡和悬浮颗粒的分布、浓度和运动状态等水力特征对处理效果影响很大，因此对气浮池水力特征进行研究是提高气浮池处理效率和降低运行成本的关键。
传统的气浮池水力特征研究主要基于试验数据和经验公式，但是受限于试验设备和条件，研究结果有很大的不确定性。近年来，计算流体力学（CFD）技术的发展开辟了一种新的气浮池水力特征研究途径。利用CFD技术可以对气浮池进行精细化的数值模拟，获得气泡、水流和悬浮颗粒等关键参数的详尽信息，为优化设计和运行提供科学依据。
因此，本研究拟采用CFD技术，对气浮池水流、气泡和悬浮颗粒的分布、浓度和运动状态等水力特征进行模拟和分析，并通过实验验证结果，探究气浮池水力特征研究在气浮池优化设计和运行监测中的应用。
二、研究目标
1.基于CFD技术，建立气浮池的三维数值模型，模拟水流、气泡和悬浮颗粒在池内的分布、浓度和运动状态等水力特征。
2.对不同处理条件下气浮池内水流、气泡和悬浮颗粒的水力特征进行比较分析，探讨气浮池处理效率与特征参数的关系。
3.对气浮池内关键流场参数进行灵敏度分析，探讨气浮池的设计及操作参数优化方案。
4.通过实验验证CFD模拟结果，验证CFD模拟在气浮池水力特征研究中的可靠性。
5.提出气浮池优化设计和运行监测的建议，为气浮池工业废水处理提供可靠的科学依据。
三、研究内容
1.气浮池三维数值模型建立。根据气浮池几何结构、处理流程及工艺参数，进行气浮池所处的内、外流场数值模拟。
2.模拟气泡分布、浓度和运动状态。依据气泡产生机理，建立二相流模型，模拟气泡在池内的分布、浓度和运动状态，以及气泡对水流和悬浮颗粒的影响。
3.模拟水流分布、速度和压力。建立水流流体模型，模拟池内水流的分布、速度和压力等参数，反应流场动态变化。
4.模拟悬浮颗粒分布、浓度和运动状态。依据颗粒运动理论，建立颗粒流体模型，模拟悬浮颗粒在池内的分布、浓度和运动状态，以及颗粒对气泡和水流的影响。
5.对比分析不同处理条件下气浮池水力特征及其对处理效果的影响。通过模拟结果，研究气浮池不同工艺参数对水泥颗粒去除效率的影响，探索提高水泥颗粒去除效率的方法和途径。
6.对模拟结果进行灵敏性分析，确定气浮池设计和操作参数优化方案。
7.通过实验验证CFD模拟结果，验证CFD模拟在气浮池水力特征研究中的可靠性。
8.提出气浮池优化设计和运行监测的建议，为气浮池工业废水处理提供可靠的科学依据。
四、研究方法和技术路线
1.计算流体力学（CFD）模拟。基于CFD理论和ANSYSFluent软件，建立气浮池三维数值模型，模拟水流、气泡和悬浮颗粒在池内流动情况。
2.数值分析。通过对CFD模拟结果的数值分析，得出水力特征参数与气浮池处理效率之间的关系，并提出优化方案。
3.实验验证。通过设计实验方案，验证CFD模拟结果的准确性和可靠性。
技术路线：气浮池几何结构建模→边界条件和工艺参数的设定→进行数值模拟计算→计算结果的分析和验证→提出优化方案。
五、预期成果
1.气浮池三维数值模型，提供气泡、水流和悬浮颗粒等水力特征参数的详尽数据。
2.气浮池关键水力特征参数的比较分析结果，以及与处理效果的关系。
3.气浮池灵敏度分析结果，提出优化方案。
4.实验数据验证CFD模拟结果的可靠性。
5.气浮池设计、运行条件和操作建议。
六、研究时间安排
本次研究预计历时约12个月。
(1)前期调研和建模，约2个月。
(2)数值模拟和分析，约6个月。
(3)实验验证及数据处理，约2个月。
(4)结果分析和撰写论文，约2个月。
七、研究经费预算
本次研究预计需要经费5万元，主要用于软件购买、实验设备购置、实验耗材和人员交通等方面。
软件费用：3万元。
实验设备费用：1万元。
实验耗材费用：0.5万元。
人员交通费用：0.5万元。
其余杂费：0.5万元。
注：在实际实施过程中，可能出现某些费用的增加或减少，需要根据实际情况进行调整，但不超过总经费的10%。
八、研究成果应用前景
本研究旨在采用CFD技术研究气浮池水力特征及其对处理效果的影响，为工业废水处理提供优化方案。本研究成果具有广阔的应用前景和社会经济效益。特别是对工业制造业、轻工纺织、食品加工、化工等行业有着重要的指导意义，能够促进环保工业科技的发展和推广。