絮凝动力学模型研究 -(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表:2007-07-02 人气:2

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_（l）为涡旋特征雷诺数；其余符号意义同前。
　　在实际应用中很难确定，但对于主流区的涡旋：

（9）

l～L （10）

由(9)、(10)式得：

（11）

(11)代入(8)式得：

（12）

式中：u_为摩擦速度；U为主流特征速度；Re为主流特征雷诺数；λ为阻力系数；L为水流的特征尺度；其余符号意义同前。
　　1982年船水尚行、丹保宪仁发表的文章中，对实际应用较广的竖流隔板絮凝池的水力特性和能耗特性进行了专门论述。他们用热线流速仪测定了絮凝池内的流速分布和紊流能谱，试验及分析结果表明，絮凝池总能耗E、有效能耗ε和特性雷诺数Re之间有如下关系：ε／E～Re^－0．88，这一试验结果与本文导出的公式(12)相吻合，证实了理论推导的可靠性。

4　碰撞动力学模型

　　Heisenbery根据自己的研究提出，即便是湍流也可把它看成是平均流来研究它的特征。如海水流动时虽然速度、位置都随时间而变化，在很长的时间内观察时，可看成是湍流，但是在很短的时间内可将其看成是平均流。比如旋涡，如果在大的船上来观察，可认为是湍流，在水上飘浮的生物来观察，只能作为平均流，这与Cross提出的紊流流动可模型化为一些复杂层流运动的组合的观点一致。因此由脉动速度梯度引起的单位体积水中单位时间内颗粒碰撞次数N可表示为：

N＝K^′n²d³G₀ （13）

由(5)、(12)式可得：

（14）

则G值仅反映了对某一水体的平均施能水平，而λ^－0．25GRe^－0．5不仅反映了脉动速度梯度的量级，还反映有效能耗利用率。
　　将(14)代入(13)式得：

N＝Kλ^－0．25n³d³GRe^－0．25 （15）

式中：K^′，K为系数；G₀为可定义为有效絮凝强度；其余符号意义同前。

5　小结

　　(1)　脉动速度梯度即脉动塑变形是紊流区絮凝颗粒接触碰撞的主导推动力；雷诺数是影响絮凝效果的一个重要参数，其倒数反映有效能耗利用率的量级。
　　(2)　对于有效能耗ε可从两种角度来认识它的意义：从絮凝体形成的角度，ε是对颗粒碰撞起作用的那部分能量；从紊流理论的角度，ε是指紊流涡旋在衰减过程中的粘性耗散。
　　(3)　本文提出的絮凝动力学模型式(15)适用于絮凝池内主流区为紊流惯性区的条件，以此可以导出絮凝综合指标，与西安建筑科技大学的王晓昌等人通过大量试验、及对部分实际工程统计资料基础上提出的絮凝指标，完全吻合，这也证实了该模型的可靠性。
　　(4)　对絮凝有效的涡旋尺度应大于颗粒粒度，尺度越小，有效能耗利用率越高，最有效的涡旋尺度应为略大于颗粒粒度。工程实践中，为提高絮凝效率，可通过调整涡旋尺度来实现。如目前被水处理领域广泛推崇的网格式絮凝装置就是基于此原理：孔眼愈小，有效能耗利用率越高，絮凝效率也就越高。