论文总字数：18064字

摘 要

本文首先对沼气工程的定义、意义、研究重点、研究状况、现在的状况进行了基本的一些介绍；通过对于沼气工程的介绍我们又开始研究用CFD模拟系统对沼气工程发酵罐水力搅拌进行模拟，主要涉及的内容有Gambit软件进行绘图、Fluent软件对相关问题进行计算。

我通过水力搅拌和机械搅拌的比较，对机械搅拌的优缺点进行了初步的分析，同时也对水力搅拌的一些内容做了相关介绍。因为本论文主要是研究对沼气工程发酵罐水力搅拌进行模拟，因此本文主要是介绍关于水力搅拌模拟的基本内容。采用不同的搅拌方式来模拟水力搅拌的效果。首先模拟二维切向进料，在Fluent计算并观察流体搅拌的效果；然后在进行侧视的喷嘴进料方式进行模拟，

在Fluent计算并观察流体搅拌的效果；最后建立三维中部切向进料顶部喷嘴进料，然后在Fluent软件中进行计算并观察流体的搅拌的效果。本文利用计算流体力学的工具，通过CFD模拟方法，对沼气工程发酵罐进行了较深入的研究。采用Gambit软件画出对发酵罐的不同进料模式，即二维和三维的模型图。然后采用Fluent软件中的Realizable k—方程进行计算，得到不同的计算结果，然后通过对不同的计算结果进行比较分析，选择最优的进料方式。

关键词：沼气工程 CFD模拟 水力搅拌 机械搅拌  

Hydraulic stirring CFD simulation of biogas engineering fermentation tank

Abstract

Firstly the paper introduced the biogas project definition, significance, research focus, research status and current status of some basic introduction. After giving the introduction of biogas project we began to research with CFD simulation system of biogas fermentation tank hydraulic agitation simulation. The paper mainly related to the content of a drawing, fluent software for calculating the gambit software.

Through the comparison of hydraulic and mechanical agitation, the advantages and disadvantages of mechanical stirring were analyzed, and some contents of hydraulic mixing were also introduced. Because this paper mainly studies the hydraulic mixing of biogas engineering fermentation tank, so here mainly introduced the basic content of hydraulic agitation simulation. The effect of using different agitation methods to simulate the hydraulic stirring is used. First simulation of two-dimensional cutting to the feed, in fluent calculation and observation of the effect of fluid mixing, and then in the side nozzle feeding modes were simulated.

The effect of fluid stirring was calculated and observed in Fluent. Finally, the feeding of the middle nozzle into the middle nozzle was built, and the effect of fluid stirring was calculated and observed in the Fluent software. In this paper, the use of computational fluid mechanics, through the CFD simulation method, the biogas engineering fermentation tank for a deeper research. Gambit software is used to draw different feed mode of the fermentation tank, which is two-dimensional and three-dimensional model chart. Then with the software FLUENT, the parameters Realizable k— equation calculation, get different results, followed by the results of a comparative analysis of the different calculation and selection of the optimal into the material.

Keywords: Biogas Engineering，CFD simulation， hydraulic stirring，machinery stirring

目录

摘 要 2

Hydraulic stirring CFD simulation of biogas engineering fermentation tank 3

1.1背景及意义 6

1.1.1 沼气工程的重要性及研究现状 6

1.1.2沼气工程中存在的问题 7

1.2机械搅拌和水力搅拌的对比 7

1.2.1 机械搅拌的优缺点 7

1.2.2 水力搅拌的优缺点 8

1.3 沼气工程发酵罐水力搅拌的应用软件CFD 9

1.3.1 CFD模拟的重要性及特点 9

1.3.2 CFD模拟的现状 9

第二章 计算流体力学（CFD） 10

2.1 CFD软件的介绍 10

2.1.1 CFD的概述 10

2.2 Fluent软件的介绍 10

2.2.1 Gambit-CFD的前处理器介绍 10

2.2.2 Gambit的基本操作步骤^[7] 11

2.2.3 Fluent的功能和特点 11

2.2.4 Fluent的基本操作步骤^[7] 12

2.3 牛顿流体与非牛顿行流体 13

2.4 数值模拟的控制方程 14

2.4.1 质量守恒方程 14

2.4.2 动量控制方程 15

2.5 湍流模型 15

2.5.1标准的方程 15

2.5.2 RNGk—方程 16

2.5.3 Spalart-Allmaras方程 17

2.6模型的建立 18

2.6.1模型的初步建立 18

2.6.2模型的完善 20

2.6.3模型的成熟 21

第三章 Fluent的模拟结果与分析 21

3.1. 模拟结果 21

3.2. 结果分析 32

第四章 结论与展望 32

4.1 结论 32

4.2 展望 33

参考文献 33

致谢 35

1. 绪论

1.1背景及意义

沼气工程的重要性及研究现状

沼气工程主要是包括厌氧发酵主体部分和配套工程技术两个方面，通过厌氧发酵技术和相关处理来降低粪水有机物质的含量，达到或着接近排放标准并按照设计工艺的要求来获取能源—沼气。通过利用产品与设备技术结合的方法来制取沼气，主要是利用沼气或直接用于生活用能，如发电、直接用于生产供暖、烧锅炉、作为化工原料等等。

农业废弃物的随意丢弃、燃烧或排放产生的污染在今天已经发展的越来越严重，这种污染严重的影响着生态环境、居民的正常生活和身体的健康。在农业大中型沼气工程中把农村生物质作为能源高效利用的一种方式，其通过厌氧发酵的方式，不仅有效去除了有害物质，而且还产生了清洁能源—沼气，实现了真正意义上的变废为宝，对于改善整个生态环境的质量，对于解决农村用能和养殖业污染问题有着十分重要的意义，也是目前最有可能实现产业化的生物质能源之一。

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