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系統識別號 U0002-2007200515011600
中文論文名稱 自來水淨水廠高速膠凝澄清池之模擬
英文論文名稱 Modeling of the Blanket Clarifier of Water Treatment Plant
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 李宗浩
研究生英文姓名 Tsung-Hao Lee
學號 692360943
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-23
論文頁數 78頁
口試委員 指導教授-吳容銘
委員-李篤中
委員-童國倫
委員-黃國楨
委員-鄭東文
委員-吳容銘
中文關鍵字 污泥毯  膠凝澄清池  計算流體力學  多相流 
英文關鍵字 blanket  clarifier  cfd  multiphase 
學科別分類
中文摘要 研究內容包括:首先建立高速膠凝澄清池幾何構造及網格,其次輸入物理條件與相關假設。分別以下列3種模式模擬:一、膠凝池內的流體為純水,不含任何其他物質。二、膠凝池底部鋪一層具有均勻透過率的污泥毯。三、含有單種或多種膠體顆粒之多相流分析。再使用FLUENT軟體模擬板新廠高速膠凝澄清池內之流場,藉以瞭解膠凝澄清池內,各區域的速度分佈。找出局部最大操作速度,以及發生泥毯突穿的範圍,解釋污泥毯變動與流態變化之關係。
本研究結果顯示,進口速度方面,膠凝池原水處理量減少,流速由υX=-0.3 m/s降至υX=-0.1 m/s,污泥毯發生突穿程度隨流速改變而降低。轉速方面,降低轉速可以減緩第二反應室內的迴流效應,在池壁的突穿速度隨轉速降低而減少。具均勻透過率之污泥毯,隨著透過率降低,池壁突穿速度減少且流體通過反應罩下方在分離室形成另一迴流區。藉由改變膠羽密度與粒徑大小,找出何種膠羽較易發生懸浮翻騰。
英文摘要 In this thesis, the geometry of the blanket clarifier was established, the meshes were constructed, and the boundary conditions were set, then the velocity field of the clarifier was calculated. Three models were computed individually: 1. the flow filed of the whole clarifier is pure water; 2. the flow filed contains a homogeneous blanket of permeability k and pure water; 3. multiphase flow of pure water and solid particles with different sizes and densities.
The results showed that when the inlet velocity decreased from υx=0.3 m/s to 0.1 m/s, the effect of channel flow or break-through of blanket decreased. And decreasing of the rotation velocity of the impeller could decrease the effect of the reversed flow in the secondary reactor. In the case of a uniform blanket on the bottom of the clarifier, the high permeability of the blanket indicates the similar velocity filed with those of pure water. While the clarifier with a low permeability blanket, the break-through of the blanket is seriously. In the multiphase flow modeling, the effect of density of the solid particle on the distribution of the particles is more obviously than particle size.
論文目次 目錄
致謝 i
中文摘要 ii
英文摘要 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x

第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 淨水廠概況 3
1.3 研究目標 6

第二章 文獻回顧 7
2.1 高速膠凝澄清池 7
2.2 泥毯澄清池之操控特性 12
2.3 特殊異常原水水質處理對策 13
2.3.1 高濁度原水 13
2.3.2 低濁度原水 15


第三章 理論模式 17
3.1 模擬軟體與計算模式簡介 17
3.2 幾何圖形與網格建立 17
3.3 統御方程式 24
3.3.1 連續方程式 24
3.3.2 動量方程式 24
3.3.3 泥毯方程式 24
3.3.4 多相流方程式 26
3.4 邊界條件 29
3.5 數值方法 29

第四章 數值模擬與結果 32
4.1 清水實例 .32
4.2 污泥毯層 45
4.3 固體膠羽顆粒 54
4.3.1 均一膠羽顆粒 54
4.3.2 多種膠體顆粒 59

第五章 結論 74
參考文獻 75
圖目錄
圖1.1 板新給水場供水區總平面圖 5
圖2.1(a) 反應罩外部、流通管與池體外觀圖 9
圖2.1(b) 反應罩內部葉輪外觀圖 9
圖2.1(c) 反應罩內部之第二反應室與流通管外觀圖 10
圖2.2 污泥懸浮層型高速膠凝澄清池 11
圖2.3 板新淨水廠水質記錄圖 14
圖3.1 高速膠凝澄清池之幾合條件圖 20
圖3.2(a) 葉輪幾何結構圖 21
圖3.2(b) 反應井、反應罩與流通管、葉輪幾何結構圖 21
圖3.2(c) 葉片與轉軸輪幾何結構圖 22
圖3.2(d) 池體幾何結構圖 22
圖3.3 葉輪網格圖 23
圖3.4 反應井、反應罩、流通管之網格圖 23
圖3.5 葉片與轉軸之網格圖 23
圖3.6 池體之網格圖 23
圖4.1 膠凝池速度分佈圖 33
圖4.2 進口速度υx=-0.1 m/s不同轉速下對Z=2.2m平面上的
突穿速度 35
圖4.3 進口速度υx=-0.3 m/s不同轉速下對Z=2.2m平面上的
突穿速度 36
圖4.4 進口速度υx=-0.1 m/s不同轉速下對Z=2.2m平面上的
突穿速度 38
圖4.5 進口速度υx=-0.3 m/s不同轉速下對Z=2.2m平面上的
突穿速度 39
圖4.6(a) contour of Z velocity(X=0-plane) at υx=-0.3 m/s and
ω=0.9 red/s 41
圖4.6(b) Z velocity(line y=0, z=2.2 plane) at υx=-0.3 m/s and
ω=0.9 red/s 41
圖4.6(c) vectors of velocity magnitude(X=0-plane) at υx=-0.3 m/s
and ω=0.9 rad/s 41
圖4.6(d) contours of Z velocity(Y=0-plane) at υx=-0.3 m/s and
ω=0.9 red/s 42
圖4.6(e) Z velocity(line y=0, z=2.2 plane) at υx=-0.3 m/s and
ω=0.9 red/s 42
圖4.6(f) vectors of velocity magnitude(y=0-plane) at υx=-0.3 m/s
and ω=0.9 red/s 42
圖4.7 y=0, z=2.2且相同轉速下,進口速度與突穿速度之關係 44
圖4.8 y=0,z=2.2且相同進口速度下,轉速與突穿速度之關係 44
圖4.9 具有均勻透過率污泥毯層之膠凝池網格圖 45
圖4.10(a) 污泥毯之透過率為4x10-2m2下x=0截面 47
圖4.10(b) 污泥毯之透過率為4x10-2m2下y=0截面 47
圖4.11(a) 污泥毯之透過率為4x10-4m2下x=0截面 48
圖4.11(b) 污泥毯之透過率為4x10-4m2下y=0截面 48
圖4.12(a) 污泥毯之透過率為4x10-6m2下x=0截面 49
圖4.12(b) 污泥毯之透過率為4x10-6m2下y=0截面 49
圖4.13(a) 污泥毯之透過率為4x10-8m2下x=0截面 50
圖4.13(b) 污泥毯之透過率為4x10-8m2下y=0截面 50
圖4.14(a) 污泥毯之透過率為4x10-2m2下z=2.2截面 52
圖4.14(b) 污泥毯之透過率為4x10-4m2下z=2.2截面 52
圖4.14(c) 污泥毯之透過率為4x10-6m2下z=2.2截面 53
圖4.14(d) 污泥毯之透過率為4x10-8m2下z=2.2截面 53
圖4.15 均一膠羽顆粒之體積分率分佈圖
(w=0.9 red/s,ρ=1050 kg/m3) 56
圖4.16 均一膠羽顆粒之體積分率分佈圖
(w=0 red/s,ρ=1050 kg/m3) 57
圖4.17 均一膠羽顆粒之體積分率分佈圖
(w=0.9 red/s,ρ=1010 kg/m3) 58
圖4.18 多相流模擬A之上部顆粒固體體積分率圖 63
圖4.19 多相流模擬A之下部顆粒固體體積分率圖 64
圖4.20 多相流模擬B之上部顆粒固體體積分率圖 66
圖4.21 多相流模擬B之下部顆粒固體體積分率圖 67
圖4.22 多相流模擬C之上部顆粒固體體積分率圖 69
圖4.23 多相流模擬C之下部顆粒固體體積分率圖 70
圖4.24 多相流模擬D之上部顆粒固體體積分率圖 72
圖4.25 多相流模擬D之下部顆粒固體體積分率圖 73













表目錄
表4.1 污泥毯層之透過率 45
表4.2 多相流之操作參數表 60
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