同時,大尺度的渦旋從主流吸取動能,在運動過程中傳遞給較小尺度的渦旋,這樣逐級傳遞,一直到微尺度的渦旋。在較大尺度的渦運動中,流體粘性幾乎不起作用,可忽略不計,因而在動能傳遞中幾乎沒有能耗;而在微尺度的渦旋運動中,流體粘性將起主要作用,傳送到這些低級渦旋的能量就會通過粘性作用轉化為熱能。水流中同時存在無數(shù)大大小小的渦旋,產(chǎn)生一系列的脈動頻率,具有連續(xù)的頻譜。
絮凝效果的好壞主要依據(jù)形成的礬花情況。實際生產(chǎn)中,絮凝的效果大都依據(jù)后續(xù)的沉淀出水濁度進行評價,但這已不是絮凝階段結果的直接反映,沉淀出水濁度還與沉淀效果有很大關系。另一方面,即使對絮凝效果進行直接評價,評價大多也只是停留在對礬花大小和密實與否的感官描述上,缺少可操作的量化評價標準,這與當前還比較缺乏相對合理的絮凝評價標準有關 [3] 。
開發(fā)新型、、安全的絮凝劑,深入研究絮凝基礎理論及其控制技術,現(xiàn)已成為一門迅速發(fā)展的科學與技術。絮凝過程是一個復雜的動態(tài)過程,盡管要地表達某一水質(zhì)、絮凝劑和水流流態(tài)特性因素對絮凝效果的影響還存在很大的困難,但隨著多學科技術集成度的提高以及實際應用的需要,預計折板絮凝研究將在如下方面有所發(fā)展:
加強絮凝動力學,特別是水流狀態(tài)對絮凝沉淀效果的影響方面的深入研究。運用PIV技術研究折板絮凝池內(nèi)部流場將是一個較好的實驗測試方法。該技術突破了空間單點測量技術的局限性,可在同一時刻記錄下整個測量平面的有關信息,從而可以獲得流動的瞬時平面速度場、脈動速度場、渦量場和雷諾應力分布等,因此非常適于研究渦流、湍流等復雜的流動結構。河海大學已運用PIV進行了往復隔板絮凝池內(nèi)部流場的研究,海軍工程大學進行了靜態(tài)混合器的PIV實驗研究。另外可利用近年不斷出現(xiàn)的CFD(Com-putational Fluid Dynamics)商業(yè)軟件,如FLUENT,ANSYS,CFX等模擬分析流場流動,特別是FLUENT軟件推出的多種優(yōu)化的物理模型如定常和非定常流動、層流、紊流、不可壓縮和可壓縮流動、傳熱、化學反應等等,可達到縮短設計過程,減少實驗室測定試驗的數(shù)目,減少產(chǎn)品開發(fā)成本的目的。
加強絮凝控制設備研制及絮凝效果評價參數(shù)的制定。開發(fā)研制新型可定量、實時測定絮凝過程水流動力學參數(shù)和礬花多形態(tài)參數(shù)(如大小、密實度、沉降速率等),并參與水廠運行控制的設備儀器;利用所開發(fā)的新型設備儀器,評估判斷特性水體絮凝效果,研究制定新型實用的微觀與宏觀相結合的絮凝效果綜合評估參數(shù)。
矩形往復式絮凝池中普遍存在死水區(qū),死水區(qū)的存在,不僅容易形成沉積物的堆積,而且嚴重阻礙了水流的運動。特別是在絮凝后期,水流速度逐漸減小時,死水區(qū)對水流有越來越大的的負面影響。而圓弧形渠道,幾乎不存在死水區(qū),可以有效的消除死水區(qū)帶來的負面影響。且圓弧區(qū)的水流速度也比矩形渠道的分布均勻,有利于節(jié)約能耗。
在往復式折板后面能夠形成渦旋,伴隨著顆粒粒徑在增加,渦旋的尺度由小變大,符合絮凝動力學規(guī)律;通過比較得出,圓弧形渠道絮凝池的湍流強度變化緩慢,分布更加均勻合理,不僅能夠滿足絮凝前期較大湍流強度的需要,也能滿足絮凝后期顆粒碰撞的湍流強度,證明圓弧轉彎渠道形比矩形轉彎渠道有更好的絮凝效果。
圓弧形渠道能夠減小渠道轉彎處的速度,減少能耗。而且,圓弧形渠道能夠產(chǎn)生很多復雜的渦旋結構,提高絮凝效率。通過兩個方案中轉彎處X 方向速度的對比證明,圓弧形拐彎往復式絮凝器的速度梯度變化規(guī)律更加合理,混凝效果更好。
通過混凝動力學的研究,得到了混凝動力學中速度梯度與時間的關系G=G(0)/1+Kt;并通過擬合得到往復式絮凝池速度梯度的變化規(guī)律近似符合混凝動力學對速度梯度變化的要求;同時參考了往復式絮凝池的新研究成果—將往復式絮凝池轉彎處的矩形渠道變成圓弧形狀,設計出一種的往復式絮凝池。通過數(shù)學模擬發(fā)現(xiàn):優(yōu)化后的往復式絮凝池拐彎處的圓弧形渠道能夠消除傳統(tǒng)往復式絮凝池轉彎處的死水區(qū),而且圓弧形渠道處的水流速度比矩形渠道處的分布均勻,有利于節(jié)約能耗。
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