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实际平流式沉淀池的模拟

时间:2024-11-12 百科知识 版权反馈
【摘要】:为了更准确地研究沉淀池内的流态,有必要对实际平流式沉淀池进行模拟。从沉淀池内流速矢量图和流线图可以看出,由于导流板的作用,将进口主流导入沉淀池底部,然后向上运动,在泥斗上部区域和导流板右侧分别形成了一个顺时针和逆时针方向旋转的漩涡,沉淀池内的速度分布是非均匀的。这与沉淀池理想的均匀水流不符。从沉淀池内紊动动能分布图可以看出:主流区紊动动能较大,在导流板右侧回流区中心湍动动能较大。

通过对Imam实验的模拟,证明了模型的有效性,然而Imam模型对实际沉淀池进行了简化,忽略了泥斗等,与实际运行的沉淀池相比会产生一定偏差。为了更准确地研究沉淀池内的流态,有必要对实际平流式沉淀池进行模拟。

下面对某实际运行中的二沉池进行模拟,其具体尺寸为:长22m,有效水深3.2m,泥斗上宽4m、下宽0.5m、深3.5米,池底坡度为2%,入口和出口均位于池上方,且高度都为0.4m,进水挡板长1m,距离入口1.5m,如图9-9所示。网格采用三角形网格进行划分,计算网格图如图9-10所示。

入口给定速度值为0.085m/s;出口与大气相通,采用压力出口;自由液面采用刚盖假设。

图9-9 计算区域图

图9-10 计算网格图

从沉淀池内流速矢量图(图9-11)和流线图(图9-12)可以看出,由于导流板的作用,将进口主流导入沉淀池底部,然后向上运动,在泥斗上部区域和导流板右侧分别形成了一个顺时针和逆时针方向旋转的漩涡,沉淀池内的速度分布是非均匀的。这与沉淀池理想的均匀水流不符。由于模型中建立了污泥斗,使沉淀池前部流体运动复杂。流体水平进入沉淀池后在挡板的作用下改变方向,从进水区下沉到污泥斗,形成底流。由于挡板的作用,导致局部能量损失。挡板和污泥斗的共同作用,使一部分流体发生回流,另一部分流体则继续向出水口流动。两个主要回流区分别位于挡板后部和污泥斗上方,其中位于挡板后部的回流区面积较大,是影响悬浮物“浓度涡”分布形成的重要因素。

图9-11 池内速度矢量图

图9-12 池内流线图

从沉淀池内紊动动能分布图(图9-13)可以看出:主流区紊动动能较大,在导流板右侧回流区中心湍动动能较大。从池内紊动动能耗散率图(图9-14)中可以看出,在泥斗与沉淀池右侧交接的拐角处紊动动能耗散率较大,说明在这部分区域单位质量流体在单位时间内损耗的湍流动能较多。

图9-13 池内紊动动能分布图

图9-14 池内紊动动能耗散率图

图9-15显示了池内不同位置(x=0.5m,4m,7m,11m)的流速分布。在x=0.5m处,上半段由于靠近入口,故流速较大;而靠近入口下沿处的流速则急剧减小,这是由于挡板的阻碍改变了水流的方向,消耗了水流的动能。随着水深的减小,挡板对靠下的水流的阻碍作用减弱,流速又呈现缓慢递增趋势。在x=4m,7m处,流速的分布比较相似,上半部分均是由于回流区的影响,流速随水深的减小而减小,下半部分流速有所增大,这是因为底部水流受到挡板和地板的阻挡,过水断面减小所致;在靠近池底处,在黏滞力的作用下流速再次减小。在x=11m处,最大流速明显减小,流速分布呈靠近沉淀池底部和表面处流速小,而中间部分主流区域流速大的现象。

图9-15 池内不同位置的流速分布图(x=0.5m,4m,7m,11m)

图9-16为池内不同位置处(x=0.5m,4m,7m,11m)的紊动强度图。在x=0.5m处,沿着水深减小方向,入口的紊动能很小,但在受到挡板阻碍后,紊动能急剧增大,下半部分紊动能缓慢减少。在x=4m处,图像中存在一个拐点,位于回流区的下边缘,在拐点上方,紊动能在漩涡的影响下呈现弧状分布。x=7m处与x=11m处的图像较为相似,紊动能较之前明显减小, x=11m处的最大紊动强度比x=7m处更小,说明在此区域内,水流紊动强度的最大值随着x的增大而减小。

图9-16 池内不同位置的紊动强度图(x=0.5m,4m,7m,11m)

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