《污水處理反應器的計算流體力學》作者所在的研究組在研究污水處理生物反應器的過程中為了解決反應器構形設計中的技術問題，改善反應器內的流態，提高反應器的傳質效率，自20世紀90年代以來開始對污水處理反應器的流體力學特性開展研究。運用計算流體力學工具先後研究了高效好氧生物流化床反應器、氣升式氧化溝、氧化溝倒傘型表面曝氣機和二沉池的反硝化污泥上浮問題，積累了一些經驗，對改善污水處理反應器的設計和運行有很大作用。基於十餘年來運用計算流體力學在水和污水處理工程技術研究中的體會，撰寫了此書，力求從環境工程套用的角度深入淺出地介紹計算流體力學的原理和套用方法。
基本介紹
- 外文名：Computational Fluid Dynamics of Wasewater Treatment Reactor
- 書名：污水處理反應器的計算流體力學
- 作者：范蘢 施漢昌
- 出版日期：2012年5月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：7112138582, 9787112138586
- 出版社：中國建築工業出版社
- 頁數：290頁
- 開本：16
- 品牌：中國建築工業出版社
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
《污水處理反應器的計算流體力學》包括了計算流體力學的原理、方法和在不同的污水處理反應器設計中的套用案例，可為工作在污水處理領域的科技人員提供計算流體力學基礎知識，為環境工程專業的研究生提供一本教學參考書。
圖書目錄
第1章 緒論
1.1 計算流體力學的形成與發展
1.1.1 計算流體力學簡介
1.1.2 計算流體力學的產生
1.1.3 計算流體力學的發展
1.2 廢水處理中的流體力學問題
1.3 數值模擬的套用前景與局限性
1.3.1 數值模擬的局限性
1.3.2 數值模擬的發展前景
本章參考文獻
第2章 流體力學的基本原理
2.1 描述流體運動的基本方法
2.1.1 基本思想
2.1.2 拉格朗日方法
2.1.3 歐拉方法
2.2 流體力學的基本方程
2.2.1 基本方程介紹
2.2.2 可壓縮的Navier-Stokes方程
2.2.3 Euler方程
2.3 牛頓流體的Navier-Stokes方程
2.3.1 無質量力的不可壓縮流體流動
2.3.2 不可壓縮流體二維流動的流函式方程和渦量方程
2.3.3 不可壓縮流體二維流動的壓強泊松方程
2.4 流動控制方程的守恆形式
本章參考文獻
第3章 流體運動方程的數值計算方法
3.1 數值計算的基本原理
3.1.1 數值模擬的概念
3.1.2 離散化的概念
3.1.3 離散化方程的結構
3.2 有限差分法
3.2.1 有限差分法的基本概念
3.2.2 一般的有限差分格式
3.2.3 模型方程的差分逼近
3.2.4 差分方法的理論基礎
3.2.5 穩定性分析方法
3.2.6 空間離散方法
3.3 有限體積法
3.4 SIMPLE算法
3.4.1 交錯格線
3.4.2 動量方程
3.4.3 壓力與速度的修正
3.4.4 壓力修正方程
3.4.5 SIMPLE算法
3.4.6 SIMPLE算法的改良型
3.5 有限元法和譜方法
3.5.1 有限元法
3.5.2 譜方法
3.6 確定邊界條件的方法
本章參考文獻
第4章 格線系統的概念與生成技術
4.1 物理坐標系中的格線
4.2 貼體坐標變換
4.3 結構性計算網路的生成
4.3.1 代數法
4.3.2 保角變換生成法
4.3.3 橢圓型微分方程生成法
4.3.4 雙曲型微分方程生成法
4.3.5 拋物線型微分方程生成法
4.4 分區結構格線
4.5 非結構格線和混合格線
4.5.1 非結構格線的生成
4.5.2 結構/非結構混合格線
4.6 自適應笛卡爾格線
4.7 網路疏密的調整
本章參考文獻
第5章 常用的計算流體力學軟體及其使用方法
5.1 計算流體力學軟體的發展
5.1.1 計算流體力學軟體的產生
5.1.2 計算流體力學軟體發展簡介
5.1.3 計算流體力學軟體在我國的套用
5.2 常用計算流體力學軟體簡介
5.2.1 常用計算流體力學通用軟體的結構
5.2.2 CFD通用軟體採用的基本解法和離散格式
5.2.3 CFD通用軟體採用的湍流模型
5.2.4 CFD通用軟體的基本選用原則
5.2.5 常用計算流體力學軟體
5.3 FLUENT軟體使用方法初步
5.3.1 FLUENT軟體的主要特徵及結構
5.3.2 FLUENT軟體求解的問題及求解步驟
本章參考文獻
第6章 廢水處理反應器中流體力學特性的計算方法
6.1 目標的確定與模擬結構的創建
6.1.1 目標的確定
6.1.2 模擬結構的創建
6.2 格線的生成與調整
6.3 邊界的處理與邊界條件設定
6.3.1 壁面邊界條件
6.3.2 流體條件
6.4 模型的選擇與計算
6.4.1 模型的選擇
6.4.2 計算
6.5 對模擬結果的分析與後處理
6.5.1 繪製等高線和等高面
6.5.2 繪製速度向量圖
6.5.3 顯示顆粒軌跡
6.5.4 x-y圖
6.5.5 動畫
6.5.6 Report命令
本章參考文獻
第7章 廢水處理反應器的流態計算實例
7.1 氧化溝的流態模擬與實驗驗證
7.1.1 氧化溝的小試模型及試驗簡介
7.1.2 氧化溝的數學模型
7.1.3 氧化溝的模擬結果分析及實驗驗證
7.1.4 小結
7.2 新型氣升式氧化溝的設計與最佳化
7.2.1 氧化溝的改進
7.2.2 新型氣升式氧化溝的基本結構
7.2.3 氣升式氧化溝的初步設計與最佳化
7.2.4 氣升式氧化溝的小試及流體力學特性模擬研究
7.2.5 氣升式氧化溝流動特性的中試試驗和模擬研究
7.3 生物流化床中流化特性的模擬計算
7.3.1 流化床的結構
7.3.2 計算流體力學模擬方程
7.3.3 流化床內流動狀況的模擬
7.3.4 不同結構參數流化床反應器的模擬
7.3.5 不同形式氣體分布器對流化床的影響
7.3.6 小結
7.3.7 內循環生物流化床內三相流動的模擬
7.4 運用計算流體力學最佳化生物載體分離區的結構參數
7.4.1 含載體分離區流化床模型的建立
7.4.2 流動模型
7.4.3 實驗簡介
7.4.4 模擬結果與討論
7.4.5 小結
7.5 二次沉澱池的數值模擬
7.5.1 計算流體力學在二次沉澱池研究中的作用
7.5.2 流體模型和模擬方法
7.5.3 結果與討論
7.5.4 結論
7.6 計算流體力學在A2O工藝污水處理廠運行控制中的套用
7.6.1 流態對生物反應池的影響
7.6.2 計算流體力學技術在小紅門污水處理廠的套用
7.6.3 靜態模擬：A2O生物反應池流態及污泥相體積分布
7.6.4 動態模擬：進水傳質
7.6.5 結論與展望
本章參考文獻
第8章 膜技術和厭氧反應器與計算流體力學
8.1 膜技術與計算流體力學
8.1.1 膜技術簡介
8.1.2 CFD在膜組件最佳化中的套用
8.1.3 膜生物反應器的流體力學特性
8.2 厭氧消化與計算流體力學
8.2.1 厭氧生物反應器中的流體力學問題
8.2.2 模型選擇
8.2.3 模擬步驟
8.2.4 結果與討論
8.2.5 結論
本章參考文獻
第9章 廢水處理中充氧設備的流態計算
9.1 深水型表面曝氣機的模擬最佳化
9.1.1 深水型表面曝氣機的簡介
9.1.2 模擬方法簡介
9.1.3 計算結果
9.1.4 後處理
9.1.5 與小試實驗的比較
9.1.6 結論
9.2 射流曝氣器的模擬計算
9.2.1 射流曝氣器簡介
9.2.2 研究對象
9.2.3 研究方法
9.2.4 結果與討論
9.2.5 結論
本章參考文獻
第10章 計算流體力學與生物反應動力學的聯合套用
10.1 流體力學問題對生物反應的影響
10.2 計算流體力學與生物反應動力學聯合運用的方法
10.2.1 計算流體力學與生物反應動力學結合的必要性
10.2.2 計算流體力學與生物反應動力學聯合套用的方法
10.3 二沉池反硝化污泥上浮過程的模擬
10.3.1 污泥上浮過程的計算流體力學模擬
10.3.2 二沉池中反硝化過程的模擬
本章參考文獻
1.1 計算流體力學的形成與發展
1.1.1 計算流體力學簡介
1.1.2 計算流體力學的產生
1.1.3 計算流體力學的發展
1.2 廢水處理中的流體力學問題
1.3 數值模擬的套用前景與局限性
1.3.1 數值模擬的局限性
1.3.2 數值模擬的發展前景
本章參考文獻
第2章 流體力學的基本原理
2.1 描述流體運動的基本方法
2.1.1 基本思想
2.1.2 拉格朗日方法
2.1.3 歐拉方法
2.2 流體力學的基本方程
2.2.1 基本方程介紹
2.2.2 可壓縮的Navier-Stokes方程
2.2.3 Euler方程
2.3 牛頓流體的Navier-Stokes方程
2.3.1 無質量力的不可壓縮流體流動
2.3.2 不可壓縮流體二維流動的流函式方程和渦量方程
2.3.3 不可壓縮流體二維流動的壓強泊松方程
2.4 流動控制方程的守恆形式
本章參考文獻
第3章 流體運動方程的數值計算方法
3.1 數值計算的基本原理
3.1.1 數值模擬的概念
3.1.2 離散化的概念
3.1.3 離散化方程的結構
3.2 有限差分法
3.2.1 有限差分法的基本概念
3.2.2 一般的有限差分格式
3.2.3 模型方程的差分逼近
3.2.4 差分方法的理論基礎
3.2.5 穩定性分析方法
3.2.6 空間離散方法
3.3 有限體積法
3.4 SIMPLE算法
3.4.1 交錯格線
3.4.2 動量方程
3.4.3 壓力與速度的修正
3.4.4 壓力修正方程
3.4.5 SIMPLE算法
3.4.6 SIMPLE算法的改良型
3.5 有限元法和譜方法
3.5.1 有限元法
3.5.2 譜方法
3.6 確定邊界條件的方法
本章參考文獻
第4章 格線系統的概念與生成技術
4.1 物理坐標系中的格線
4.2 貼體坐標變換
4.3 結構性計算網路的生成
4.3.1 代數法
4.3.2 保角變換生成法
4.3.3 橢圓型微分方程生成法
4.3.4 雙曲型微分方程生成法
4.3.5 拋物線型微分方程生成法
4.4 分區結構格線
4.5 非結構格線和混合格線
4.5.1 非結構格線的生成
4.5.2 結構/非結構混合格線
4.6 自適應笛卡爾格線
4.7 網路疏密的調整
本章參考文獻
第5章 常用的計算流體力學軟體及其使用方法
5.1 計算流體力學軟體的發展
5.1.1 計算流體力學軟體的產生
5.1.2 計算流體力學軟體發展簡介
5.1.3 計算流體力學軟體在我國的套用
5.2 常用計算流體力學軟體簡介
5.2.1 常用計算流體力學通用軟體的結構
5.2.2 CFD通用軟體採用的基本解法和離散格式
5.2.3 CFD通用軟體採用的湍流模型
5.2.4 CFD通用軟體的基本選用原則
5.2.5 常用計算流體力學軟體
5.3 FLUENT軟體使用方法初步
5.3.1 FLUENT軟體的主要特徵及結構
5.3.2 FLUENT軟體求解的問題及求解步驟
本章參考文獻
第6章 廢水處理反應器中流體力學特性的計算方法
6.1 目標的確定與模擬結構的創建
6.1.1 目標的確定
6.1.2 模擬結構的創建
6.2 格線的生成與調整
6.3 邊界的處理與邊界條件設定
6.3.1 壁面邊界條件
6.3.2 流體條件
6.4 模型的選擇與計算
6.4.1 模型的選擇
6.4.2 計算
6.5 對模擬結果的分析與後處理
6.5.1 繪製等高線和等高面
6.5.2 繪製速度向量圖
6.5.3 顯示顆粒軌跡
6.5.4 x-y圖
6.5.5 動畫
6.5.6 Report命令
本章參考文獻
第7章 廢水處理反應器的流態計算實例
7.1 氧化溝的流態模擬與實驗驗證
7.1.1 氧化溝的小試模型及試驗簡介
7.1.2 氧化溝的數學模型
7.1.3 氧化溝的模擬結果分析及實驗驗證
7.1.4 小結
7.2 新型氣升式氧化溝的設計與最佳化
7.2.1 氧化溝的改進
7.2.2 新型氣升式氧化溝的基本結構
7.2.3 氣升式氧化溝的初步設計與最佳化
7.2.4 氣升式氧化溝的小試及流體力學特性模擬研究
7.2.5 氣升式氧化溝流動特性的中試試驗和模擬研究
7.3 生物流化床中流化特性的模擬計算
7.3.1 流化床的結構
7.3.2 計算流體力學模擬方程
7.3.3 流化床內流動狀況的模擬
7.3.4 不同結構參數流化床反應器的模擬
7.3.5 不同形式氣體分布器對流化床的影響
7.3.6 小結
7.3.7 內循環生物流化床內三相流動的模擬
7.4 運用計算流體力學最佳化生物載體分離區的結構參數
7.4.1 含載體分離區流化床模型的建立
7.4.2 流動模型
7.4.3 實驗簡介
7.4.4 模擬結果與討論
7.4.5 小結
7.5 二次沉澱池的數值模擬
7.5.1 計算流體力學在二次沉澱池研究中的作用
7.5.2 流體模型和模擬方法
7.5.3 結果與討論
7.5.4 結論
7.6 計算流體力學在A2O工藝污水處理廠運行控制中的套用
7.6.1 流態對生物反應池的影響
7.6.2 計算流體力學技術在小紅門污水處理廠的套用
7.6.3 靜態模擬：A2O生物反應池流態及污泥相體積分布
7.6.4 動態模擬：進水傳質
7.6.5 結論與展望
本章參考文獻
第8章 膜技術和厭氧反應器與計算流體力學
8.1 膜技術與計算流體力學
8.1.1 膜技術簡介
8.1.2 CFD在膜組件最佳化中的套用
8.1.3 膜生物反應器的流體力學特性
8.2 厭氧消化與計算流體力學
8.2.1 厭氧生物反應器中的流體力學問題
8.2.2 模型選擇
8.2.3 模擬步驟
8.2.4 結果與討論
8.2.5 結論
本章參考文獻
第9章 廢水處理中充氧設備的流態計算
9.1 深水型表面曝氣機的模擬最佳化
9.1.1 深水型表面曝氣機的簡介
9.1.2 模擬方法簡介
9.1.3 計算結果
9.1.4 後處理
9.1.5 與小試實驗的比較
9.1.6 結論
9.2 射流曝氣器的模擬計算
9.2.1 射流曝氣器簡介
9.2.2 研究對象
9.2.3 研究方法
9.2.4 結果與討論
9.2.5 結論
本章參考文獻
第10章 計算流體力學與生物反應動力學的聯合套用
10.1 流體力學問題對生物反應的影響
10.2 計算流體力學與生物反應動力學聯合運用的方法
10.2.1 計算流體力學與生物反應動力學結合的必要性
10.2.2 計算流體力學與生物反應動力學聯合套用的方法
10.3 二沉池反硝化污泥上浮過程的模擬
10.3.1 污泥上浮過程的計算流體力學模擬
10.3.2 二沉池中反硝化過程的模擬
本章參考文獻
