【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于cfd的搅拌机叶轮最优间距的分析方法及系统，属于混凝搅拌。
技术介绍
1、 “混凝”是常规水处理中最重要的工艺，可以分为“混合”与“絮凝”两个过程。混凝效果的好坏主要由以下两个因素决定：（1）混凝剂自身的特性决定了混凝剂水解后产生的高分子混凝体所具有的吸附架桥的联结能力；（2）混凝设备的动力学条件决定了微小颗粒的碰撞几率和它们的碰撞效果。搅拌机是在混凝工艺中常用的设备，用于将化学凝聚剂均匀分散到废水中，使化学絮凝剂与废水之间充分地混合反应，以促使悬浮物颗粒高效地聚集成团。搅拌机的造流是决定混凝效果的关键，因此对搅拌叶轮的形式和尺寸进行合适的选择，对搅拌叶轮的水力模型进行不断的优化设计，探讨出最佳动力学条件十分重要。
2、目前混凝工艺中多采用桨式搅拌机进行流体混合，其中将两只桨式叶轮按照一定间距布置在同一搅拌轴上的形式得到了较为普遍的应用。现阶段，有关研究主要集中在叶轮的几何尺寸、叶片角度以及容器形状等，而对于两叶轮之间间距对混凝过程的影响少有记载。在实际工程中，高效沉淀池混合区的搅拌机多是通过经验直接安装，缺乏对搅拌机安装间距的理论支撑，忽略了搅拌机间距对流体湍动能的影响。
3、湍动能是流体力学中的一个概念，用来描述流体在湍流流动状态下所具有的动能，湍动能通常与不规则的、混乱的和高度非线性的涡流强度有关。一般在混凝反应过程中，流场中湍动能数值越大，湍动能越强烈，越利于污水中固液成分的混合化学反应。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于
2、为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
3、一方面，本专利技术提供一种基于cfd的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，包括以下步骤：
4、s1、对高效沉淀池混凝区及混 凝区中搅拌机进行建模，获得计算域模型。
5、s2、对计算域模型进行多面体网格划分处理，并通过网格无关化验证得到网格模型。
6、s3、对网格模型进行定常数值计算，建立流体控制方程，并调用k-epsilon湍流模型，获得该搅拌机叶轮间距下的平均湍动能。
7、s4、改变搅拌机叶轮间距，重复步骤s1~s3，获得不同搅拌机叶轮间距下的平均湍动能。
8、s5、对混凝区中搅拌机叶轮间距及其对应的平均湍动能进行拟合，得到搅拌机叶轮间距与平均湍动能的多元线性回归方程。
9、s6、根据搅拌机叶轮间距与平均湍动能的多元线性回归方程，得到搅拌机叶轮最优间距。
10、s7、改变转速，重复步骤s3~s6，获得不同转速下的搅拌机叶轮最优间距。
11、s8、将转速及其对应的平均湍动能进行拟合，得到转速-最优间距方程。
12、s9、根据转速-最优间距方程确定特定转速下所对应的搅拌机叶轮最优间距。
13、进一步的，所述建模采用三维建模软件，且所述计算域模型需还原高效沉淀池混凝区尺寸及混凝区中搅拌机原型。
14、进一步的，对计算域模型进行多面体网格划分处理，并通过网格无关化验证得到网格模型，包括：
15、将计算域模型中的空间划分为多个区域，并确定每个区域的节点。
16、对关键区域进行网格局部加密处理。
17、对计算域模型进行网格无关化验证，得到网格模型。
18、进一步的，所述关键区域包括搅拌机叶片、叶轮轮毂以及动静交界面。
19、进一步的，步骤s3还包括设置旋转参考系，且参考压力设置为标准大气压，稳态的收敛标准设置为残差曲线rms值小于1×10-4，湍流指定方法设置为强度+长度比，初始湍流强度设置为0.05，湍流长度比例设置为0.1。
20、进一步的，所述流体控制方程包括连续性方程、动量方程及能量方程。
21、进一步的，所述k-epsilon湍流模型所采用的流体输运方程的表达式为：
22、，
23、其中，，分别为速度场在方向和方向上的速度分量，为方向上的坐标分量，为方向上的坐标分量，是流体密度，为涡粘性系数，为湍流粘度，为湍动能的生成项，为湍流耗散率，、为常数项，为计算常数，为湍动能的紊流普朗特数，为湍流耗散率的紊流普朗特数；表示对在方向上求偏导，表示对湍动能在方向上求偏导，表示对湍流耗散率在方向上求偏导，表示对方向上的速度分量在方向上求偏导，表示对方向上的速度分量在方向上求偏导。
24、进一步的，所述搅拌机叶轮间距与平均湍动能的多元线性回归方程的表达式为：
25、，
26、其中，为混凝区平均湍动能，为搅拌机叶轮间距，为多项式系数，表示阶数，取常数。
27、进一步的，所述转速-最优间距方程的表达式为：
28、，
29、其中，为搅拌机叶轮间距，为搅拌机转速，为多项式系数，表示阶数，取常数。
30、另一方面，本专利技术还提供一种基于cfd的搅拌机叶轮最优间距的分析系统，包括处理器和存储介质。
31、所述存储介质用于存储指令；
32、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据上述任一项所述方法的步骤。
33、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
34、本专利技术基于cfd技术对混凝反应中搅拌机叶轮安装的位置间距进行分析，在其他旋转条件相同的情况下得到搅拌机叶轮的最优间距，从而提高流体湍动能，改善混凝效果，提高出水水质。
35、本专利技术以转速作为评判标准，可以更加直接明了地确定在特定转速下对应的搅拌机叶轮最优间距。通过cfd模拟可为线下实验提供指向性，改变工程上依靠经验设置叶轮间距的现状，可直观地反映线下污水的处理效果，为合理高效地确定搅拌机叶轮间距提供一种新的解决方案。
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1.一种基于CFD的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于CFD的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，所述建模采用三维建模软件，且所述计算域模型需还原高效沉淀池混凝区尺寸及混凝区中搅拌机原型。
3.根据权利要求1所述的基于CFD的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，对计算域模型进行多面体网格划分处理，并通过网格无关化验证得到网格模型，包括：
4.根据权利要求3所述的基于CFD的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，所述关键区域包括搅拌机叶片、叶轮轮毂以及动静交界面。
5.根据权利要求1所述的基于CFD的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，步骤S3还包括设置旋转参考系，且参考压力设置为标准大气压，稳态的收敛标准设置为残差曲线RMS值小于1×10-4，湍流指定方法设置为强度+长度比，初始湍流强度设置为0.05，湍流长度比例设置为0.1。
6.根据权利要求1所述的基于CFD的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，所述流体控制方程包括连续性方程、动量方程及
7.根据权利要求1所述的基于CFD的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，所述K-Epsilon湍流模型所采用的流体输运方程的表达式为：
8.根据权利要求1所述的基于CFD的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，所述搅拌机叶轮间距与平均湍动能的多元线性回归方程的表达式为：
9.根据权利要求1所述的基于CFD的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，所述转速-最优间距方程的表达式为：
10.一种基于CFD的搅拌机叶轮最优间距的分析系统，其特征在于：包括处理器和存储介质；
...【技术特征摘要】
1.一种基于cfd的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于cfd的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，所述建模采用三维建模软件，且所述计算域模型需还原高效沉淀池混凝区尺寸及混凝区中搅拌机原型。
3.根据权利要求1所述的基于cfd的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，对计算域模型进行多面体网格划分处理，并通过网格无关化验证得到网格模型，包括：
4.根据权利要求3所述的基于cfd的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，所述关键区域包括搅拌机叶片、叶轮轮毂以及动静交界面。
5.根据权利要求1所述的基于cfd的搅拌机叶轮最优间距的分析方法，其特征在于，步骤s3还包括设置旋转参考系，且参考压力设置为标准大气压，稳态的收敛标准设置为残差曲线rms值小于1×10...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜沁熹，陈斌，杨陈，许智，张伟，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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