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(zhuǎn)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。
眾多的水處理工作者均認(rèn)為:只有具有與顆粒尺寸相同數(shù)量級的渦旋才對碰撞有效,其它的不起作用。由于實際的絮體顆粒尺寸變化幅度是1-1000um,因此,有很大一段的渦旋起作用,不能嚴(yán)格劃分大小渦旋的界限。紊動的擴(kuò)散作用主要取決于大尺度的紊動。大渦旋的尺度可以認(rèn)為與折板單元的尺度數(shù)量級相同。折板單元連續(xù)的縮放,使水流形成大量不同尺度的渦旋,促進(jìn)了水流內(nèi)部絮體顆粒間的相對運動,增加了碰撞機會,所以相對于隔板絮凝池,絮凝效果大大提高。
折板絮凝池的設(shè)計主要控制參數(shù)是水流速度、水頭損失和絮凝時間,但建成后往往發(fā)現(xiàn)實際運行參數(shù)與設(shè)計值相差甚遠(yuǎn)。以水頭損失的計算為例,設(shè)計手冊中,其計算采用的是明渠漸擴(kuò)和漸縮公式,有人通過研究發(fā)現(xiàn),豎流折板絮凝池水頭損失實測值與設(shè)計計算值相差較大,實測值明顯小于設(shè)計計算值。
加強絮凝動力學(xué),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(shù)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(shù)突破了空間單點測量技術(shù)的局限性,可在同一時刻記錄下整個測量平面的有關(guān)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(yīng)力分布等,因此非常適于研究渦流、湍流等復(fù)雜的流動結(jié)構(gòu)。河海大學(xué)已運用PIV進(jìn)行了往復(fù)隔板絮凝池內(nèi)部流場的研究,海軍工程大學(xué)進(jìn)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(xué)反應(yīng)等等,可達(dá)到縮短設(shè)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。
合理地選定和優(yōu)化混凝工藝,不僅會提高出水水質(zhì),還能達(dá)到節(jié)能、節(jié)藥及降低運行費用的目的。往復(fù)式隔板絮凝池是依靠水流在廊道間的往返流動,使顆粒碰撞聚集。實際運行資料表明,有些絮凝池在運行過程中絮凝效果不佳,致使后續(xù)工藝的出水水質(zhì)遠(yuǎn)低于設(shè)計水平。國內(nèi)外常用的方法是將CFD 模型應(yīng)用到絮凝過程中,并已經(jīng)證明CFD對絮凝模擬的實用有效性。通過絮凝動力學(xué)的研究,得到了絮凝中重要參數(shù)速度梯度值(G值)隨時間的變化規(guī)律,并將CFD模型應(yīng)用到往復(fù)式隔板絮凝池的設(shè)計過程中,通過流體力學(xué)軟件FLUENT的數(shù)值模擬,得到了往復(fù)式隔板絮凝池內(nèi)部水流的狀態(tài)和內(nèi)部的流場,并對模擬結(jié)果進(jìn)行了深入的分析,定性分析水流狀態(tài)對絮凝處理效果的影響。
為使水流中的顆粒相互碰撞,就使其與水流產(chǎn)生相對運動。水中的顆粒與水流產(chǎn)生相對運動好的辦法是改變水流的速度。改變速度的方法有兩種:①改變水流速度時造成的慣性效應(yīng)來進(jìn)行凝聚;②改變水流方向。在湍流中充滿著大大小小的渦旋。其中大渦旋能夠使流體進(jìn)一步的摻混,使顆粒均勻擴(kuò)散于流體中;同時創(chuàng)造大量的小漩渦,并將能量輸出給小渦旋。而小渦旋的作用是促進(jìn)顆粒的碰撞,提高絮凝效率。微渦旋理論認(rèn)為:水中微渦旋尺度與礬花顆粒尺度相近時混凝反應(yīng)充分。而小渦旋的動力學(xué)致因是慣性效應(yīng),特別是湍流渦旋的離心慣性效應(yīng),由此可見湍流中微小渦旋的離心慣性效應(yīng)是絮凝的重要動力學(xué)致因。
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