一、概述

固体废物处理是针对在工业或生活中产生的各类型固体废弃物，通过物理手段、生物化学作用、高温热解挥发等多种手段，以加速实现其自然降解、消亡或再利用的过程。本节要介绍的案例，主要是我司针对一种餐厨垃圾处理设备的CFD流场分析。厨房垃圾的产量约占城市生活垃圾的30%~50%，流通量巨大，而通过该型水力疏解浆化及杂质分离一体化设备对餐厨垃圾进行预处理后，可以得到均匀、无杂质的有机物料混合浆液。完成这一步后，即可以通过不同的工艺对该类混合浆液实现不同形式地再利用，包括生产生物质能气体、生产有机肥、生产饲料等多种用途。

二、餐厨垃圾处理设备模拟案例

本案例的水力疏解浆化及杂质分离一体化设备，主要是在把厨余垃圾与足够量的水混合后，利用筒体底部的金属转叶高速旋转使得靠近转叶区域的厨余物块逐渐破碎、疏解、浆化，并最终和筒内的水融为一体形成较为均匀的浆液。另一方面，对于位于设备顶部、远离转叶区域的厨余物块，工艺目标中的盲区部分，则需要通过转叶旋转流中的下吸力引导至靠近转叶上方。

根据以上情况，本项目CFD流场模拟的目标设定为：以较高粘度的单相均匀液体作为模拟对象，首先模拟该设备采用原型转叶在常规转速下的液体流动状态，统计顶部盲区液体被吸引至转叶区所需的时间量值（时间越短代表循环效率越高）。另外，将在后面适当研究轻/重细颗粒杂质在液体中的运动状态、沉积和上浮情况。本案例实际模拟中，还对转叶的尺寸比例及转速各作出了几次调整，并完成了对照模拟，以比较各个结构工况的优劣情况，此处不再展开说明。

以下为设备的几何模型和原型的轨迹模拟结果：

      几何模型-斜视图                               几何模型-俯视图

液体质点流线全图-颜色代表停留时间（0s释放）

液体质点流线全图-俯视图

为了统计顶部工艺盲区的液体质点被吸引至转叶区所需的时间量值，需要对从顶部某个平面出发的液体质点轨迹进行跟踪采样。下面的示意图中，上、下两条灰色水平线，分别代表从罐顶往下水平面S1（质点释放面）和从底面往上水平面S2（采样统计面），轨迹线的颜色变化代表液体质点从0s开始的总停留时间（配合颜色比例尺），质点到达下部面S2时的总停留时间即为该质点的采样时间。结果示意图见下图，所有质点的到达用时，统计平均值为约25s。

液体质点轨迹采样示意

餐厨垃圾中的杂质往往包含各类不同密度的颗粒。本案例分别用 8000 kg/m3（重金属）、2000kg/m3（骨头）两种重杂质颗粒和500kg/m3（泡沫塑料）轻杂质颗粒为标的，粒径统一按3mm，从距离罐顶约0.3m高度处水平面释放，并以原型工况流场为基础来模拟这三种杂质颗粒的轨迹。具体结果见以下各图：

8000 kg/m3重杂质颗粒运动轨迹

2000 kg/m3重杂质颗粒运动轨迹

500 kg/m3轻杂质颗粒运动轨迹

从前面各不同密度颗粒的短时长轨迹图可见，颗粒密度越大，颗粒在旋转中的惯性外甩效应越强，轨迹柱体越向外围扩张 ，因此虽然早期依靠中间低速涡区沉积落入底部比例更高，但剩余部分后期旋转的过程也会更漫长。而颗粒密度越小，上部释放面中央处靠近顶部的轨迹会很密集，因为该处流速很低，更利于早期的轻颗粒平稳上浮。