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一种新型地表水净化装置的仿真模拟及出水TN预测

【摘要】:随着我国社会经济的快速发展,地表水水质污染问题日益突出,已经影响到了人们的生活环境。由于经济、空间等因素的限制,不是所有地方都适合采用大型的水环境治理工程和设施,在一些水质较差、人口密集的地区,占地小、费用低、运行方便的地表水净化装置更能满足水质净化需求。因此,本文针对现有的地表水净化装置存在的净化效果差、药剂扩散不充分等问题,对装置局部构造的形状、尺寸进行了多次测试和改进,并运用FLUENT软件对改进后不同形状、不同尺寸装置内水的流动特性进行了仿真模拟分析,结果表明改进后的装置更利于填料扩散,净化效果更好。并建立了BP神经网络与马尔可夫链组合预测模型,对地表水净化装置的水质进行了预测分析。本文研究结果如下:第一,在文献及实践总结的基础上,对现有地表水净化装置进行局部改装,采用CFD数值模拟方法,以水为介质对优化后的地表水净化装置进行3D建模仿真模拟。模拟情景一:在速度一定时对三种类型装置进行水相分布分析,结果表明SWD3装置的水相分布特性更合理。模拟情景二:在入口速度u(28)1.5m/s时,对SWD3装置进行速度场分析,探究优化后微生物填料微球仓的流动特性。第二,在入口速度u=0.5m/s的工况下,以球板结构参数为变量,设计3种板深的微生物营养补充仓进行结构对比分析,探讨球板纵向深度e与漩涡尺寸的关系。在确定球板深度e的情况下,引入无量纲几何因子?(28)e/M(28)(n_1-n_2)/M,确定与深度e相互联系的两个重要几何参数球板横截面长m和球板距下挡板距离n。仿真结果表明当?(28)0.522左右时,微生物营养补充仓的营养球扩散效果最好。第三,在不同入口速度下,对微生物营养补充仓和光管进行阻力分析,研究微生物营养补充仓摩擦系数f与流速u之间的关系。最后以SWD3-3的地表水净化装置为例,从流动特性与阻力两方面进行综合评定,结果表明地表水净化装置的综合性能在低雷诺数下较好,而随着雷诺数的增大,综合性能将不断下降。第四,为地表水净化装置找出了一种适用性较好的水质效果预测方法。由于水质净化过程呈现的非线性、时变性与随机性,采用BP神经网络对地表水净化装置水质预测,通过回归分析得到的可决系数判定拟合情况良好,误差较低。之后,引入马尔可夫链,与BP神经网络建立组合模型进行分析。分析结果表明地表水净化装置实际出水TN值在最大概率预测区间内,说明该组合模型对地表水净化装置适用性较好。

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