题目：活性污泥工艺的CFD-ASM耦合模型的构建与校验

在水处理行业中，数学模型对于工艺和反应器的设计、优化、诊断和制定控制策略具有重要作用。国际水协会推出的活性污泥模型（ASM）是描述活性污泥工艺过程的数学模型，计算流体力学（CFD）是模拟水处理反应器内流体力学特性的有力工具，两者结合应用可以发挥各自的优势。本文在CFD软件FLUENT的基础上，构建了既能描述生物过程又能表征反应器内流体力学特性的CFD-ASM耦合模型，用于活性污泥过程中反应器的设计与优化。CFD-ASM耦合模型构建的理论基础是组分质量守恒方程。修改FLUENT自带的材料数据库，实现ASM中13个组分在耦合模型中的定义。ASM耦合到FLUENT中的实现方法是利用UDF程序表征组分输运方程的源项。构建耦合模型有两种方法：FLUENT组分输运模型的实施和用户定义标量的实施。ASM的反应动力学参数在耦合模型中需要转化为国际制单位（SI）。用户定义标量输运方程源项UDF程序中需要判断标量是否为正数。在分析COST模拟基准的基础上，确立了校验耦合模型的方法：使用耦合模型分别对缺氧池1和好氧池4进行稳态模拟，模拟的结果与基准稳态值作比较，判断耦合模型的有效性。耦合模型模拟缺氧池1得到组分浓度分布图，其中组分浓度变化情况符合ASM的构建机理和缺氧池1内的实际情况，证明耦合模型具有可靠性。CFD-ASM耦合模型的模拟结果与COST模拟基准值之间存在系统性的误差，基于FLUENT的不同设置对耦合模型的影响有限。FLUENT组分输运模型和用户定义标量两种方法构建的耦合模型的模拟结果一致，验证了用户定义标量实施耦合模型方法的正确性，为后续完善耦合模型和模拟多相流中氧传质的过程提供了技术铺垫。CFD-ASM耦合模型实现了水处理反应器内生物过程和流体力学特性的同时描述，对建立具有反应过程的水处理反应器模型具有方法上的借鉴意义。