基于 Fluent 软件的电气浮罐流场模拟

      (1)Fluent软件可以应用于电气浮罐内流场的模拟，模拟结果显示:水相出口油含量随停留时间的增大而减小,电流密度为150A/m2时,从10 min时的78.31 mg/L降至30 min 时的54.94 mg/L;随电流密度的增大而减小，停留时间为20min时，油含量从100A/m2时的104.00mg/L降至200A/m2时的42.75 mg/L;且油含量随电流密度变化更为

显著。

      (2)电气浮罐操作条件:电流密度为150A/m2、停留时间为20min。该条件下可以将油含量从1000.00mg/L降至62.54 mg/L,在保证出水质量达标的情况下能耗较低，同时又有足够的操作弹性。(3)模拟结果验证了电气浮罐改造的可行性，但缺少实体设备，下步建议进行室内实验验证，二者结合将可为气浮罐的改造提供具体方案。

      边界条件:所有蓝色显示区域均为速度人口，包括两边的含油水人口以及中间电极板的氢气和氯气人口;上部和下部的红色显示区域为出口边界，采用0utflow形式边界;其余为壁面，采用无滑移条件壁面。

      基于前述物理模型构建相应的数学模型:首先选取合适的多相流模型，以确定体系的质量守恒和动量守恒方程，然后通过合适的湍流模型来描述体系复杂的流动状态，最后求解得到体系的流动状态。

      在边界条件设置中，采出水人口选择两相流,油含量设定为1000.00mg/L，油珠直径为200m,其速度根据相应停留时间计算得到(停留时间为15 min 时,混合物的速率为0.075500m/s;停留时间为20min时,混合物的速率为0.056600m/s);湍动能k及耗散率&的计算采用5%的湍流程度及相应的水力直径。氢气和氯气人口设置基本与采出水人口相同(在电解电流密度为200A/m2的条件下,氢气和氯气的速度均为0.000232m/s),设置气泡直径均为40um[2]。选择基于压力基的稳态求解器，动量、湍动能和湍流耗散率均采用二阶迎风格式[2,选择收敛精度为10°,迭代计算次数为5 000次,当结果达到收敛精度时自动停止计算，并给出计算结果。

      由图4a可知:在气浮罐上部，采出水进人气浮罐后与上升的气泡接触，形成比较强烈的循环流，有利于所携带的油滴接触与聚并;在气浮罐下部，流体流速相对较慢，且扰动较少，有利于油和水的进一步分离;在气浮罐中部，挡板位置处流体流动缓慢，易形成死区，可能会造成少量油滴的聚集。由图4b、c可知:大部分的油被气泡携带，在气浮罐上部区域循环流动并富集，随后被排出;但也有小部分油在随水相向下流动的过程中富集在中部的挡板处。其原因可能为该处水流缓慢，难以与其他区域形成有效交换，该结论与图4a中的质点轨迹图结果基本一致。因此，需要改变挡板结构从而避免该现象的发生。由图4d可知:油相出口处的油含量较进水口处有大幅增加，特别是靠近集油管的部分圆形区域,油相含量最高,体积分数在0.900000以上，表明油相在出口处富集程度高，除油效果好，有利于后续污油的处理。