污水處理反應(yīng)器的計(jì)算流體力學(xué)

第1章 緒論

1.1 計(jì)算流體力學(xué)的形成與發(fā)展

1.1.1 計(jì)算流體力學(xué)簡(jiǎn)介

1.1.2 計(jì)算流體力學(xué)的產(chǎn)生

1.1.3 計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展

1.2 廢水處理中的流體力學(xué)問(wèn)題

1.3 數(shù)值模擬的應(yīng)用前景與局限性

1.3.1 數(shù)值模擬的局限性

1.3.2 數(shù)值模擬的發(fā)展前景

本章參考文獻(xiàn)

第2章 流體力學(xué)的基本原理

2.1 描述流體運(yùn)動(dòng)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(xué)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(wú)質(zhì)量力的不可壓縮流體流動(dòng)

2.3.2 不可壓縮流體二維流動(dòng)的流函數(shù)方程和渦量方程

2.3.3 不可壓縮流體二維流動(dòng)的壓強(qiáng)泊松方程

2.4 流動(dòng)控制方程的守恒形式

本章參考文獻(xiàn)

第3章 流體運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值計(jì)算方法

3.1 數(shù)值計(jì)算的基本原理

3.1.1 數(shù)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(jié)構(gòu)

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(chǔ)

3.2.5 穩(wěn)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(cuò)網(wǎng)格

3.4.2 動(dòng)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(xiàn)

第4章 網(wǎng)格系統(tǒng)的概念與生成技術(shù)

4.1 物理坐標(biāo)系中的網(wǎng)格

4.2 貼體坐標(biāo)變換

4.3 結(jié)構(gòu)性計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的生成

4.3.1 代數(shù)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(qū)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格

4.5 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和混合網(wǎng)格

4.5.1 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成

4.5.2 結(jié)構(gòu)/非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格

4.6 自適應(yīng)笛卡爾網(wǎng)格

4.7 網(wǎng)絡(luò)疏密的調(diào)整

本章參考文獻(xiàn)

第5章 常用的計(jì)算流體力學(xué)軟件及其使用方法

5.1 計(jì)算流體力學(xué)軟件的發(fā)展

5.1.1 計(jì)算流體力學(xué)軟件的產(chǎn)生

5.1.2 計(jì)算流體力學(xué)軟件發(fā)展簡(jiǎn)介

5.1.3 計(jì)算流體力學(xué)軟件在我國(guó)的應(yīng)用

5.2 常用計(jì)算流體力學(xué)軟件簡(jiǎn)介

5.2.1 常用計(jì)算流體力學(xué)通用軟件的結(jié)構(gòu)

5.2.2 CFD通用軟件采用的基本解法和離散格式

5.2.3 CFD通用軟件采用的湍流模型

5.2.4 CFD通用軟件的基本選用原則

5.2.5 常用計(jì)算流體力學(xué)軟件

5.3 FLUENT軟件使用方法初步

5.3.1 FLUENT軟件的主要特征及結(jié)構(gòu)

5.3.2 FLUENT軟件求解的問(wèn)題及求解步驟

本章參考文獻(xiàn)

第6章 廢水處理反應(yīng)器中流體力學(xué)特性的計(jì)算方法

6.1 目標(biāo)的確定與模擬結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建

6.1.1 目標(biāo)的確定

6.1.2 模擬結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建

6.2 網(wǎng)格的生成與調(diào)整

6.3 邊界的處理與邊界條件設(shè)置

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(jì)算

6.4.1 模型的選擇

6.4.2 計(jì)算

6.5 對(duì)模擬結(jié)果的分析與后處理

6.5.1 繪制等高線和等高面

6.5.2 繪制速度向量圖

6.5.3 顯示顆粒軌跡

6.5.4 x-y圖

6.5.5 動(dòng)畫(huà)

6.5.6 Report命令

本章參考文獻(xiàn)

第7章 廢水處理反應(yīng)器的流態(tài)計(jì)算實(shí)例

7.1 氧化溝的流態(tài)模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

7.1.1 氧化溝的小試模型及試驗(yàn)簡(jiǎn)介

7.1.2 氧化溝的數(shù)學(xué)模型

7.1.3 氧化溝的模擬結(jié)果分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

7.1.4 小結(jié)

7.2 新型氣升式氧化溝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

7.2.1 氧化溝的改進(jìn)

7.2.2 新型氣升式氧化溝的基本結(jié)構(gòu)

7.2.3 氣升式氧化溝的初步設(shè)計(jì)與優(yōu)化

7.2.4 氣升式氧化溝的小試及流體力學(xué)特性模擬研究

7.2.5 氣升式氧化溝流動(dòng)特性的中試試驗(yàn)和模擬研究

7.3 生物流化床中流化特性的模擬計(jì)算

7.3.1 流化床的結(jié)構(gòu)

7.3.2 計(jì)算流體力學(xué)模擬方程

7.3.3 流化床內(nèi)流動(dòng)狀況的模擬

7.3.4 不同結(jié)構(gòu)參數(shù)流化床反應(yīng)器的模擬

7.3.5 不同形式氣體分布器對(duì)流化床的影響

7.3.6 小結(jié)

7.3.7 內(nèi)循環(huán)生物流化床內(nèi)三相流動(dòng)的模擬

7.4 運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)優(yōu)化生物載體分離區(qū)的結(jié)構(gòu)參數(shù)

7.4.1 含載體分離區(qū)流化床模型的建立

7.4.2 流動(dòng)模型

7.4.3 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

7.4.4 模擬結(jié)果與討論

7.4.5 小結(jié)

7.5 二次沉淀池的數(shù)值模擬

7.5.1 計(jì)算流體力學(xué)在二次沉淀池研究中的作用

7.5.2 流體模型和模擬方法

7.5.3 結(jié)果與討論

7.5.4 結(jié)論

7.6 計(jì)算流體力學(xué)在A2O工藝污水處理廠運(yùn)行控制中的應(yīng)用

7.6.1 流態(tài)對(duì)生物反應(yīng)池的影響

7.6.2 計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)在小紅門(mén)污水處理廠的應(yīng)用

7.6.3 靜態(tài)模擬：A2O生物反應(yīng)池流態(tài)及污泥相體積分布

7.6.4 動(dòng)態(tài)模擬：進(jìn)水傳質(zhì)

7.6.5 結(jié)論與展望

本章參考文獻(xiàn)

第8章 膜技術(shù)和厭氧反應(yīng)器與計(jì)算流體力學(xué)

8.1 膜技術(shù)與計(jì)算流體力學(xué)

8.1.1 膜技術(shù)簡(jiǎn)介

8.1.2 CFD在膜組件優(yōu)化中的應(yīng)用

8.1.3 膜生物反應(yīng)器的流體力學(xué)特性

8.2 厭氧消化與計(jì)算流體力學(xué)

8.2.1 厭氧生物反應(yīng)器中的流體力學(xué)問(wèn)題

8.2.2 模型選擇

8.2.3 模擬步驟

8.2.4 結(jié)果與討論

8.2.5 結(jié)論

本章參考文獻(xiàn)

第9章 廢水處理中充氧設(shè)備的流態(tài)計(jì)算

9.1 深水型表面曝氣機(jī)的模擬優(yōu)化

9.1.1 深水型表面曝氣機(jī)的簡(jiǎn)介

9.1.2 模擬方法簡(jiǎn)介

9.1.3 計(jì)算結(jié)果

9.1.4 后處理

9.1.5 與小試實(shí)驗(yàn)的比較

9.1.6 結(jié)論

9.2 射流曝氣器的模擬計(jì)算

9.2.1 射流曝氣器簡(jiǎn)介

9.2.2 研究對(duì)象

9.2.3 研究方法

9.2.4 結(jié)果與討論

9.2.5 結(jié)論

本章參考文獻(xiàn)

第10章 計(jì)算流體力學(xué)與生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的聯(lián)合應(yīng)用

10.1 流體力學(xué)問(wèn)題對(duì)生物反應(yīng)的影響

10.2 計(jì)算流體力學(xué)與生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)聯(lián)合運(yùn)用的方法

10.2.1 計(jì)算流體力學(xué)與生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)結(jié)合的必要性

10.2.2 計(jì)算流體力學(xué)與生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)聯(lián)合應(yīng)用的方法

10.3 二沉池反硝化污泥上浮過(guò)程的模擬

10.3.1 污泥上浮過(guò)程的計(jì)算流體力學(xué)模擬

10.3.2 二沉池中反硝化過(guò)程的模擬

本章參考文獻(xiàn)2100433B

《污水處理反應(yīng)器的計(jì)算流體力學(xué)》包括了計(jì)算流體力學(xué)的原理、方法和在不同的污水處理反應(yīng)器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例，可為工作在污水處理領(lǐng)域的科技人員提供計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，為環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的研究生提供一本教學(xué)參考書(shū)。

本書(shū)首先介紹了計(jì)算流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，然后通過(guò)四個(gè)精心挑選的例子介紹了計(jì)算流體力學(xué)中的重要方法和處理技巧。這些例子都有理論上的解析解，讀者可以將CFD計(jì)算的結(jié)果與解析解進(jìn)行對(duì)比，從而更深入地了解CFD的基本概念、思路、方法、用途和優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，本書(shū)的最后一部分介紹了計(jì)算流體力學(xué)中的幾個(gè)前沿問(wèn)題。本書(shū)選擇和編排內(nèi)容的這種方式非常適合沒(méi)有接觸或者很少接觸計(jì)算流體力學(xué)的讀者。無(wú)論是各專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，還是不同領(lǐng)域的科研和工程技術(shù)人員，本書(shū)都能夠使讀者從基本概念出發(fā)，一步一步地進(jìn)入到計(jì)算流體力學(xué)的整個(gè)領(lǐng)域，掌握其中的概念、方法和應(yīng)用技巧。

本書(shū)內(nèi)容包括：計(jì)算流體力學(xué)的特點(diǎn)和意義，流體力學(xué)基本方程及其分類(lèi)，發(fā)展型偏微分方程有限差分和有限體積方法的基本概念、重要性質(zhì)和典型算法，貼體網(wǎng)格生成基礎(chǔ)，激波的數(shù)值計(jì)算理論，可壓縮流動(dòng)的典型計(jì)算方法，不可壓縮流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算方法初步。

本書(shū)是計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方面的入門(mén)書(shū)。這些例子都有理論上的解析解，讀者可以將CFD計(jì)算的結(jié)果與解析解進(jìn)行對(duì)比，從而更深入地了解CFD的基本概念、思路、方法、用途和優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，本書(shū)的最后一部分介紹了計(jì)算流體力學(xué)中的幾個(gè)前沿問(wèn)題。本書(shū)選擇和編排內(nèi)容的這種方式非常適合沒(méi)有接觸或者很少接觸計(jì)算流體力學(xué)的讀者。無(wú)論是各專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，還是不同領(lǐng)域的科研和工程技術(shù)人員，本書(shū)都能夠使讀者從基本概念出發(fā)，一步一步地進(jìn)入到計(jì)算流體力學(xué)的整個(gè)領(lǐng)域，掌握其中的概念、方法和應(yīng)用技巧。 本書(shū)既可作為力學(xué)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生和非力學(xué)專(zhuān)業(yè)研究生教材，也可作為航空航天、動(dòng)力工程、建筑、水利、環(huán)境等專(zhuān)業(yè)科研和工程技術(shù)人員的參考讀物。