折板單元本身的水力特性對(duì)絮體顆粒碰撞的影響主要表現(xiàn)在:折板單元的造渦作用和連續(xù)均勻的單元設(shè)置改善了紊動(dòng)能耗的分布,從而提高了絮凝方式的數(shù)值,因此提高了絮凝效果。水流通過(guò)折板單元,在漸擴(kuò)段與漸縮段的作用下,可以形成對(duì)稱渦旋及單側(cè)渦旋。波峰處水流邊界層的分離是產(chǎn)生渦旋的動(dòng)因。根據(jù)渦旋的擴(kuò)散性,會(huì)進(jìn)一步分解為小尺度的渦旋,直到與水流微團(tuán)相關(guān)的雷諾數(shù)低到不能再產(chǎn)生更小的渦旋為止。
以來(lái),全國(guó)大部分地表水源受污染,水體中藻類等有機(jī)物含量明顯增多,常規(guī)混凝處理效果并不理想。絮凝強(qiáng)化時(shí),對(duì)因池體自身結(jié)構(gòu)缺陷等因素造成的混凝動(dòng)力不足、水力條件不當(dāng)?shù)葐?wèn)題往往不夠重視。
好的絮凝效果不僅需要大量的顆粒碰撞,還需要控制顆粒進(jìn)行合理有效的碰撞,使顆粒聚集起來(lái)。速度梯度是絮凝過(guò)程中常用的控制動(dòng)力學(xué)因素。根據(jù)絮凝動(dòng)力學(xué)理論得知,絮凝過(guò)程中的速度梯度值是逐漸減小的;而且開(kāi)始時(shí)刻的速度梯度值要求能與混合階段銜接上,所以一般要求較大。這時(shí)的絮凝也要求接觸和碰撞,但是由微渦旋理論可知要求的水力半徑要適合于自身的直徑,才能發(fā)生有效碰撞。理論上,攪拌強(qiáng)度越大,速度梯度越大,相互接觸碰撞的機(jī)會(huì)越多。但攪拌強(qiáng)度大(G值大),水流的剪切力就大,松散的絮體受到水流剪切會(huì)二次斷開(kāi)成為小絮體。因此要求攪拌的強(qiáng)度(也就是速度梯度)隨著絮凝的進(jìn)行而逐漸變小。整個(gè)混凝的過(guò)程中,G值是遞減的。但是速度梯度遞減規(guī)律,國(guó)內(nèi)外的還沒(méi)有定論。
圓弧形渠道能夠減小渠道轉(zhuǎn)彎處的速度,減少能耗。而且,圓弧形渠道能夠產(chǎn)生很多復(fù)雜的渦旋結(jié)構(gòu),提高絮凝效率。通過(guò)兩個(gè)方案中轉(zhuǎn)彎處X 方向速度的對(duì)比證明,圓弧形拐彎往復(fù)式絮凝器的速度梯度變化規(guī)律更加合理,混凝效果更好。
傳統(tǒng)往復(fù)式絮凝池在矩形渠道拐彎處速度方向改變?yōu)?80°直接轉(zhuǎn)變,而圓弧形渠道拐彎處的速度方向則是逐漸變化,變化比矩形拐彎渠道平緩的多。而其圓弧形拐彎渠道能夠產(chǎn)生慣性離心力,進(jìn)而產(chǎn)生各種微渦旋,根據(jù)王紹文教授提出的“慣性效應(yīng)是絮凝的動(dòng)力學(xué)致因”可知,圓弧形渠道能夠提高絮凝效率,即絮凝效率較高
通過(guò)混凝動(dòng)力學(xué)的研究,得到了混凝動(dòng)力學(xué)中速度梯度與時(shí)間的關(guān)系G=G(0)/1+Kt;并通過(guò)擬合得到往復(fù)式絮凝池速度梯度的變化規(guī)律近似符合混凝動(dòng)力學(xué)對(duì)速度梯度變化的要求;同時(shí)參考了往復(fù)式絮凝池的新研究成果—將往復(fù)式絮凝池轉(zhuǎn)彎處的矩形渠道變成圓弧形狀,設(shè)計(jì)出一種的往復(fù)式絮凝池。通過(guò)數(shù)學(xué)模擬發(fā)現(xiàn):優(yōu)化后的往復(fù)式絮凝池拐彎處的圓弧形渠道能夠消除傳統(tǒng)往復(fù)式絮凝池轉(zhuǎn)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。