沉淀池中裝置了斜管可使得沉淀面積增大，所增加的面積就是斜管（板）的水平投影面積，這樣便能夠大大地提高沉淀效率：同時，也大幅度的減小了顆粒的沉淀距離，安裝斜管之前沉淀距離是池體的深度，安裝斜管（板）之后便減小到兩相鄰斜管的垂直距離，從而使得沉淀時間較大程度的減少：在池中安裝了斜管以后，水流從其中流過，由于水流經(jīng)過的斷面濕周變大，使得水力半徑明顯變小，在相同的流速下，可通過降低雷諾數(shù)來提高水流的穩(wěn)定性，促進(jìn)顆粒從水中分離。斜管沉淀池作為新興沉淀技術(shù)的產(chǎn)物，存在著一定的特點。其優(yōu)點表現(xiàn)為：，斜管的設(shè)計大大地增加了懸浮物的接觸面積，節(jié)省沉淀時間，同10萬方數(shù)據(jù) 章緒論 時也減小了水力半徑，懸浮顆粒的沉淀條件得到優(yōu)化，沉淀效率也大大提高。新設(shè)計的同向流斜板沉淀池沉淀負(fù)荷可以達(dá)到３０～５０ｍ３／１１?ｍ２，而平流式沉淀池的表面負(fù)荷一般僅為0.7～2.1ｍ３ｍ?ｍ２，因此單位面積產(chǎn)水量可以提高數(shù)倍至十幾倍；第二，沉淀效率的大大提高使得沉淀池池體的容積可以大大縮小，同時也減少了占地面積，這對于地價昂貴、水廠面積擴(kuò)大困難的地方十分有利；第三，適用于對已建沉淀池、澄清池的挖潛和改造，起到了提高設(shè)備供水能力和滿足生產(chǎn)發(fā)展的作用。缺點主要表現(xiàn)為：，由于沉淀時間太短，造成該種沉淀池對濁度的適應(yīng)性較平流式沉淀池差，維護(hù)管理也較平流池麻煩；第二，如果不安裝機(jī)械裝置來排泥的話會導(dǎo)致排泥變得非常麻煩；因此要經(jīng)常排泥，維護(hù)管理操作工作量繁多；第三，斜管（板）耗費材料較多，老化后需要更換，其維修更換費用較高。

  斜管沉淀池的歷史并不是很長，淺層沉淀原理的提出對其發(fā)展有很大促進(jìn)的作用。各個國家曾嘗試以分層的方法來提高沉淀效率，但并未得到推廣，究其原因是這種方法對于排泥十分不利。二十世紀(jì)六十年代末日本人提出了 斜板沉淀，排泥問題由于板的傾斜也得到了解決。之后，瑞典在1967年通過了對同向流斜板沉淀池的試驗和應(yīng)用，沉淀池表面負(fù)荷達(dá)到50ｍ３／ｈ?ｍ２，是當(dāng)時世界進(jìn)的水平。 國內(nèi)對于斜管沉淀技術(shù)的研究和應(yīng)用和世界先進(jìn)技術(shù)幾乎并駕齊驅(qū)，早在1964年國內(nèi)的科學(xué)家就開始進(jìn)行試驗。20世紀(jì)80年代初在漢陽水廠建成了座雙層隔板蜂窩斜管沉淀池。北京市政設(shè)計院也在1976年北京某水廠的設(shè)計中采用了同向流斜管沉淀池。隨后在福州召開的全國關(guān)于斜管沉淀技術(shù)交流會，使得這種沉淀技術(shù)大大得到的推廣。目前在我國由于該類沉淀池簡單的構(gòu)造使得異向流斜管沉淀池得到較為廣泛的應(yīng)用，斜管由廠家進(jìn)行成型生產(chǎn)，施工也方便很多。而同向流斜板沉淀池并未得到推廣是因為其構(gòu)造復(fù)雜。側(cè)向流斜管沉淀池在平流式沉淀池改造時，常被采納應(yīng)用。

  沉淀池實際運行時與理想狀態(tài)差距很大，除了水流狀態(tài)和沉淀池構(gòu)造，外界條件等也會對沉淀物去除的效率造成一定影響，從理論上對影響沉淀的因素進(jìn)行分析可以總結(jié)為以下三點。實際情況下，斜管沉淀池水流處于紊流狀態(tài)，而理論模型中對于水流速度的假設(shè)顯然并不符合實際情況，水流在池深和池寬方向也有一定的分速度，由于脈動引起的細(xì)小渦體對懸浮物沉降產(chǎn)生的阻礙作 用會對顆粒沉淀產(chǎn)生不利影響。

    沉淀池進(jìn)出水口的設(shè)計對懸浮物去除效果有著較為重要的影響，斜管沉淀池配水區(qū)、清水區(qū)的設(shè)計對沉淀去除有一定的影響。斜管沉淀池的配水均勻性直接影響了它運行是否穩(wěn)定。懸浮顆粒自身性質(zhì)及外部條件 流體運動中，粒徑較大的懸浮顆粒更利于被去除，懸浮顆粒在沉淀池中停留時間越長，絮凝作用越明顯，越利于顆粒去除效率的提高：溫度變化、風(fēng)力作用、以及除泥設(shè)備擾動等因素都會使沉淀池的運行受到一定程度上的影響。

    結(jié)合國內(nèi)外對沉淀池的研究現(xiàn)狀，在總結(jié)前人對上向流斜管沉淀池的開展的研究工作的基礎(chǔ)上，確定本課題的研究內(nèi)容如下：目前對于斜管沉淀池的數(shù)值模擬，國內(nèi)開展的相關(guān)研究工作還非常少，因此本課題采用ＣＦＤ對上向流斜管沉淀池進(jìn)行研究，具體包括選定流體運動控制方程、離散方法的選擇以及上向流斜管沉淀池內(nèi)流體數(shù)學(xué)模型的確定。學(xué)習(xí)和掌握流體力學(xué)的相關(guān)知識，斜管沉淀池的運行原理、池體構(gòu)造、設(shè)計要素，ＣＦＤ技術(shù)的的理論基礎(chǔ)，湍流模型和多相流模型的基本原理、功能以及優(yōu)缺點等；收集上向流斜管沉淀池的 運行參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸等基本數(shù)據(jù)。利用ＡｕｔｏＣＡＤ等繪圖軟件建立與課題相關(guān)的計算模型，采用模擬軟件的前處理器對三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，根據(jù)工程原型中給出的條件，確定數(shù)值模擬的求解方法，并設(shè)置邊界條件和初始條件，用模擬軟件進(jìn)行數(shù)值模擬并驗證數(shù)值模擬的結(jié)果。模擬的參數(shù)有進(jìn)水懸浮物顆粒直徑的大小、上向流斜管沉淀池的配水區(qū)高度以及集水槽的布置形式。對所得結(jié)果通過流場、濃度場以及出水效果進(jìn)行分析，實現(xiàn)對上向流斜管沉淀池的優(yōu)化設(shè)計，為工程的實際設(shè)計和應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

    為更實現(xiàn)對本課題的研究，確定課題的研究思路如下：１２ 萬方數(shù)據(jù) 章緒論 １、前期準(zhǔn)備：確定課題研究的內(nèi)容、任務(wù)和意義，通過閱讀大量的文獻(xiàn)及書籍，掌握上向流斜管沉淀池的設(shè)計要素、運行機(jī)理、影響其運行效率的相關(guān)因素、該沉淀池的優(yōu)缺點、以及當(dāng)前研究存在的主要問題，系統(tǒng)學(xué)習(xí)ＣＦＤ軟件的基本原理、使用方法及與軟件相關(guān)的數(shù)學(xué)模型的使用條件； ２、建立模型：選擇一個典型的給水廠上向流斜管沉淀池為例，并用繪圖軟件建立相關(guān)計算軟件；建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，確定求解的計算方法并選擇與模型有關(guān)的參數(shù)； ３、模擬研究：對選定的影響參數(shù)制定研究方案，在建立的模型 基礎(chǔ)上對其進(jìn)行數(shù)值模擬計算，并得出結(jié)果。模擬結(jié)果的分析與處理：對數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行分析研究，得出設(shè)計參數(shù)，為今后改善沉淀池內(nèi)流態(tài)、提高沉淀池工作效率、改善沉淀效果提供理論依據(jù)。本文的研究方法如下： １、選擇相應(yīng)的模型進(jìn)行模擬計算，對選用的數(shù)學(xué)方程加以驗證，確定其準(zhǔn)確性，以便用于模擬實際沉淀池的濃度場及流場。選取一個合適的上向流斜管沉淀池作為模擬實例，建立對應(yīng)的濃度場以及流場數(shù)學(xué)模型，模擬流體在沉淀池內(nèi)的運動狀態(tài)以及懸浮顆粒具體的分布情況，并且利用相關(guān)理論對其進(jìn)行對比分析。 ３、通過改變進(jìn)水懸浮物顆粒直徑的大小，來模擬斜管沉淀池在不同進(jìn)水懸浮物顆粒直徑的流場以及濃度場，結(jié)合沉淀池的出水效果得出沉淀池進(jìn)水懸浮物顆粒直徑對沉淀池沉淀效率的影響規(guī)律。

    通過改變斜管沉淀池配水區(qū)的高度，對不同配水區(qū)高度下斜管沉淀池的流場以及濃度場進(jìn)行模擬計算，結(jié)合沉淀池的出水效果對研究結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，找出最適宜的沉淀池的配水區(qū)高度。通過改變集水槽的布置形式，對不同集水槽布置形式下斜管沉淀池的流場以及濃度場進(jìn)行模擬計算，結(jié)合沉淀池的出水效果分析比較集水槽的布置形式對沉淀效率的影響，尋找出最為合適的集水槽布置形式分析比較，總結(jié)結(jié)果，提出更加合理的優(yōu)化改進(jìn)方案。課題模擬的流程 本課題是采用模擬計算軟件對問題進(jìn)行求解，模擬過程的具體求解步驟如下：建立相關(guān)的幾何模型一生成計算網(wǎng)格一輸入網(wǎng)格一檢查網(wǎng)格一選擇求解器一選擇求解方程一確定流體物理性質(zhì)一設(shè)置邊界條件一給定計算控制參數(shù)一初始化萬方數(shù)據(jù) 合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 流場一計算一檢驗結(jié)果一保存結(jié)果一后處理。ＣＦＤｌ３４１的理論基礎(chǔ)及發(fā)展 研究流體運動規(guī)律的方法大致可分為三類：是以實驗為研究手段的實驗研究方法；第二是理論分析法，采用簡單流動模型假設(shè)，得出某些問題的解析解；一種是數(shù)值模擬法。實驗研究法耗費巨大，而理...如圖所示，將沉降區(qū)分成，1個淺層沉降單元，每層的高度為h＝Ｉ－ｆｉｎ，當(dāng)流量Ｑ在一定的情況下，顆粒的沉降深度就會相應(yīng)的減小，由原來的少到Ｈ／ｎ，這樣能夠被完全去除的顆粒的沉速會隨之增大，由原來的ｕ＞ｕｏ增大到ｕ５＞ｕｏ／ｎ；與此同時沉速水中小于截留沉速的懸浮物顆粒能夠沉淀的百分比也從ｕ／ｕｏ增大到ｕｎ／ｕ。，這樣能夠使得顆粒被完全去除的部分明顯增多。按此推算，沉淀池分為ｎ層，其截留沉速：“＾＝一＝一一＝一一“．１：—Ｈ—／ｎ：一Ｉ—ＨＢ—ｖ：土壘（1.3）ｋＪ－．），“三／ｖｎＢＬ甩Ａ淺層處理水量：ｄ＝ＨＢ御，（1.4） 所以沉淀池的處理能力是原來沉淀池的”倍。顯然可知，淺層數(shù)分割的越多，Ｅ值提高的就越多，或者說流量增大也就越多。此外，對于沉淀池沉降區(qū)的劃分還能夠有效的改善沉降過程中的水力條件。普通沉淀池在實際運行過程中，雷諾數(shù)＆一般4.0ｘ103～１．５ｘ105范圍內(nèi)，水流流態(tài)是紊流。而在斜管和斜板沉淀池內(nèi)雷諾數(shù)可分別降到100和200，很明顯，實際雷諾數(shù)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)的小于各自在層流流態(tài)中的臨界雷諾數(shù)，它們在層流中的臨界雷諾數(shù)分別為2.0ｘ103和103，這樣有利于顆粒在穩(wěn)定的層流狀態(tài)中沉降。不管在實際運用中還是理論分析中，我們通?？梢杂酶ヂ宓聰?shù)ｎ來反應(yīng)水流的穩(wěn)定性。因為管形沉降單元和淺層區(qū)域的水力半 zkq 20160323 徑Ｒ很?。ㄒ话銥椋保础保玻洌?dǎo)致了ｎ能夠增加到１０－３１０‘４以上。