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