黄河是西北地区90%的耕地和生活所需重要的水资源,对经济发展起着关键性的作用。由于黄河水中含砂量大,每年雨季,造成黄河流域土壤侵蚀严重及降水量年内分布不均,加之泥砂密度小,粘度大,导致黄河流域水资源的有效处理极为困难。因此对黄河泥砂进行絮凝沉降研究,提高沿黄灌区水处理的效能具有迫切需要。本论文针对黄河水泥砂沉降技术展开研究,优化传统的沉降工艺,基于微涡流理论,以波形板反应器为研究对象,根据反应器的内部结构及流场的不同边界条件建立絮凝分析模型并进行数值模拟研究。借助ANSYS/Workbench、DPM对波形板反应器内部流场进行联合仿真分析,为进一步优化其结构、提高黄河水处理的效能提供依据。首先,阐明三个絮凝理论:经典絮凝理论、紊流絮凝理论、微涡流絮凝理论。分析黄河泥砂絮凝的影响因素:环境介质条件、泥砂特性和动力学致因。重点考虑速度梯度、涡旋剪切力及能量耗散率等对黄河泥砂絮凝的影响。其次,根据黄河泥砂絮凝的动力学影响因素得出数值模拟的评价指标,通过对涡旋数值模拟模型分析发现涡旋速度梯度与能量耗散率有关,涡旋剪切力由涡旋尺度与颗粒粒径决定。并建立基于微涡流絮凝理论的波形板反应器模型,依据数值模拟的评价指标,研究优化前后模型内部流场的宏观运动规律。再次,对波形板反应器运行参数进行仿真分析,分别对不同絮凝时间、不同絮凝压力下波形板反应器流场进行数值模拟。研究发现波形板反应器的运行时间和压力影响絮凝效率的提高。最后,利用CFD-DPM耦合的方法对优化后模型内流场进行泥砂虚拟样机仿真分析,研究模型内砂粒的微观运动与分布特性。本文取得了以下主要成果:1.基于微涡流絮凝理论优化后的波形板反应器絮凝效果更好,形成的涡旋数量更多,涡旋尺度更接近泥砂颗粒粒径;砂粒在涡流区的停留时间更长,水中胶体颗粒碰撞加剧。2.波形板反应器的絮凝效率受絮凝时间、压力和颗粒粒径的影响。当涡旋尺度大于并接近泥砂颗粒粒径时,涡旋剪切破坏的作用变小,反应器的絮凝效果最好。