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第1章 绪论1

1.1计算流体力学的形成与发展1

1.1.1计算流体力学简介2

1.1.2计算流体力学的产生2

1.1.3计算流体力学的发展3

1.2废水处理中的流体力学问题7

1.3数值模拟的应用前景与局限性8

1.3.1数值模拟的局限性9

1.3.2数值模拟的发展前景9

本章参考文献11

第2章 流体力学的基本原理14

2.1描述流体运动的基本方法14

2.1.1基本思想14

2.1.2拉格朗日方法14

2.1.3欧拉方法14

2.2流体力学的基本方程15

2.2.1基本方程介绍15

2.2.2可压缩的Navier-Stokes方程18

2.2.3 Euler方程20

2.3牛顿流体的Navier-Stokes方程20

2.3.1无质量力的不可压缩流体流动21

2.3.2不可压缩流体二维流动的流函数方程和涡量方程22

2.3.3不可压缩流体二维流动的压强泊松方程23

2.4流动控制方程的守恒形式23

本章参考文献24

第3章 流体运动方程的数值计算方法25

3.1数值计算的基本原理25

3.1.1数值模拟的概念25

3.1.2离散化的概念25

3.1.3离散化方程的结构26

3.2有限差分法26

3.2.1有限差分法的基本概念26

3.2.2一般的有限差分格式27

3.2.3模型方程的差分逼近32

3.2.4差分方法的理论基础34

3.2.5稳定性分析方法37

3.2.6空间离散方法41

3.3有限体积法42

3.4 SIMPLE算法45

3.4.1交错网格45

3.4.2动量方程47

3.4.3压力与速度的修正49

3.4.4压力修正方程49

3.4.5 SIMPLE算法50

3.4.6 SIMPLE算法的改良型52

3.5有限元法和谱方法53

3.5.1有限元法53

3.5.2谱方法56

3.6确定边界条件的方法57

本章参考文献61

第4章 网格系统的概念与生成技术63

4.1物理坐标系中的网格63

4.2贴体坐标变换64

4.3结构性计算网络的生成64

4.3.1代数法65

4.3.2保角变换生成法66

4.3.3椭圆型微分方程生成法67

4.3.4双曲型微分方程生成法68

4.3.5抛物线型微分方程生成法68

4.4分区结构网格69

4.5非结构网格和混合网格70

4.5.1非结构网格的生成70

4.5.2结构/非结构混合网格73

4.6自适应笛卡尔网格74

4.7网络疏密的调整74

本章参考文献77

第5章 常用的计算流体力学软件及其使用方法78

5.1计算流体力学软件的发展78

5.1.1计算流体力学软件的产生78

5.1.2计算流体力学软件发展简介79

5.1.3计算流体力学软件在我国的应用80

5.2常用计算流体力学软件简介80

5.2.1常用计算流体力学通用软件的结构81

5.2.2 CFD通用软件采用的基本解法和离散格式83

5.2.3 CFD通用软件采用的湍流模型85

5.2.4 CFD通用软件的基本选用原则86

5.2.5常用计算流体力学软件86

5.3 FLUENT软件使用方法初步92

5.3.1 FLUENT软件的主要特征及结构92

5.3.2 FLUENT软件求解的问题及求解步骤93

本章参考文献95

第6章 废水处理反应器中流体力学特性的计算方法98

6.1目标的确定与模拟结构的创建98

6.1.1目标的确定98

6.1.2模拟结构的创建98

6.2网格的生成与调整99

6.3边界的处理与边界条件设置101

6.3.1壁面边界条件101

6.3.2流体条件103

6.4模型的选择与计算103

6.4.1模型的选择103

6.4.2计算104

6.5对模拟结果的分析与后处理104

6.5.1绘制等高线和等高面104

6.5.2绘制速度向量图105

6.5.3显示颗粒轨迹107

6.5.4x-y图108

6.5.5动画109

6.5.6 Report命令110

本章参考文献110

第7章 废水处理反应器的流态计算实例111

7.1氧化沟的流态模拟与实验验证111

7.1.1氧化沟的小试模型及试验简介111

7.1.2氧化沟的数学模型112

7.1.3氧化沟的模拟结果分析及实验验证115

7.1.4小结122

7.2新型气升式氧化沟的设计与优化123

7.2.1氧化沟的改进123

7.2.2新型气升式氧化沟的基本结构123

7.2.3气升式氧化沟的初步设计与优化124

7.2.4气升式氧化沟的小试及流体力学特性模拟研究133

7.2.5气升式氧化沟流动特性的中试试验和模拟研究141

7.3生物流化床中流化特性的模拟计算150

7.3.1流化床的结构150

7.3.2计算流体力学模拟方程152

7.3.3流化床内流动状况的模拟152

7.3.4不同结构参数流化床反应器的模拟158

7.3.5不同形式气体分布器对流化床的影响164

7.3.6小结166

7.3.7内循环生物流化床内三相流动的模拟167

7.4运用计算流体力学优化生物载体分离区的结构参数171

7.4.1含载体分离区流化床模型的建立171

7.4.2流动模型172

7.4.3实验简介173

7.4.4模拟结果与讨论174

7.4.5小结180

7.5二次沉淀池的数值模拟181

7.5.1计算流体力学在二次沉淀池研究中的作用181

7.5.2流体模型和模拟方法181

7.5.3结果与讨论183

7.5.4结论189

7.6计算流体力学在A2 O工艺污水处理厂运行控制中的应用189

7.6.1流态对生物反应池的影响189

7.6.2计算流体力学技术在小红门污水处理厂的应用190

7.6.3静态模拟：A2 O生物反应池流态及污泥相体积分布191

7.6.4动态模拟：进水传质194

7.6.5结论与展望197

本章参考文献198

第8章 膜技术和厌氧反应器与计算流体力学201

8.1膜技术与计算流体力学201

8.1.1膜技术简介201

8.1.2 CFD在膜组件优化中的应用202

8.1.3膜生物反应器的流体力学特性212

8.2厌氧消化与计算流体力学221

8.2.1厌氧生物反应器中的流体力学问题221

8.2.2模型选择222

8.2.3模拟步骤223

8.2.4结果与讨论224

8.2.5结论232

本章参考文献232

第9章 废水处理中充氧设备的流态计算236

9.1深水型表面曝气机的模拟优化236

9.1.1深水型表面曝气机的简介236

9.1.2模拟方法简介237

9.1.3计算结果239

9.1.4后处理244

9.1.5与小试实验的比较245

9.1.6结论246

9.2射流曝气器的模拟计算247

9.2.1射流曝气器简介247

9.2.2研究对象248

9.2.3研究方法249

9.2.4结果与讨论251

9.2.5结论258

本章参考文献259

第10章 计算流体力学与生物反应动力学的联合应用261

10.1流体力学问题对生物反应的影响261

10.2计算流体力学与生物反应动力学联合运用的方法262

10.2.1计算流体力学与生物反应动力学结合的必要性262

10.2.2计算流体力学与生物反应动力学联合应用的方法262

10.3二沉池反硝化污泥上浮过程的模拟263

10.3.1污泥上浮过程的计算流体力学模拟263

10.3.2二沉池中反硝化过程的模拟275

本章参考文献289