随着经济迅速发展,水源污染和水厂能耗日趋严重,给水厂中消毒工艺日益重要。本文以提高清水池氯消毒效率和降低清水池能耗为目标,利用计算流体力学(CFD)商业软件Fluent作为仿真计算平台,结合示踪实验,研究清水池的水力特性,并对清水池的结构进行优化设计研究。本文建立了一种清水池节能模型,即在清水池内设立配水池,以提高池内水位。根据清水池的全年日均能耗量和全年日均水头损失进行数学建模,并根据配水池进水量、出水量以及送水泵站抽水量的关系来进行分析和计算,得出了清水池中全年电量与全年平均日供水量的关系,达到节能优化的目的。运用示踪实验的方法研究圆形清水池内的水力特性和有效水力停留时间t10,t10能更准确反映消毒剂在清水池内的实际停留时间;根据圆形清水池的示踪实验结果和CFD模拟结果对比可知,CFD计算精度可以达到较高水平,其可视化结果可以更加直观地显示清水池内的水力特性和流态。采用加入用户自定义标量(UDS)的方法,编写用户自定义函数(UDF),加载到Fluent中,建立二维矩形清水池和圆形清水池数学模型,分别模拟了矩形清水池和圆形清水池分别在1,2,3,4,7个导流板五种情况下的水流流场,并得出了示踪剂停留时间分布函数和水头损失。分析比较了2个导流板矩形(圆形)清水池时,增加穿孔板,改变廊道拐角形状、扩大口径和改变导流板长度对消毒效率和水头损失的影响。CFD模拟结果表明:随着导流板数目增加,水流流场和氯浓度分布的均匀性变好,滞留区面积减少,流态接近活塞流,消毒效果增强。但导流板数目不宜过多,超过此值消毒效果增加不明显,反而有下降趋势。另外,廊道拐角变圆弧形,随着导流板数目增多而同时增加穿孔板和增加导流板长度,同样有益于消毒效率的提高。水力损失并不简单地与导流板数目成线性关系,而且需要考虑回流区的问题。压力的损失与回流区的面积成正比例关系。