滤池冲洗最佳膨胀率的探讨

《滤池冲洗最佳膨胀率的探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、滤池冲洗最佳膨胀率的探讨摘要：本文从颗粒材料水力学的基本概念出发，提出了均匀颗粒砂层的冲洗功率，推导出其计算式，求得了冲洗均匀颗粒砂层时，使孔隙比为0.74将有最大冲洗功率。关键词：滤池冲洗最佳膨胀率　　一般生产滤池采用非均匀砂层。计算其最佳膨胀率应使截泥最大的表层砂获得最大冲洗功率，即孔隙比达到0.74，从而取各层的平均值。可求得某一砂层的最佳膨胀率为52%，而粒径较大的砂层则可小些。　　建议设计滤池冲洗水强度时，以表层砂孔隙比达到0.74为准。　　快滤池用于公共给水，约有一百多年的历史，但是设计和运行多半凭经验，而其中滤池冲洗强度及最

2、佳膨胀率为国内外研究滤池的重要课题。　　本文从颗粒材料水力学的观点出发，提出滤池冲洗时，冲洗水所提供的冲洗功，从而求得滤层最佳孔隙比及最佳膨胀比（率），以与国内外同行探讨。　　一、滤层冲洗时水力学流态　　冲洗水由下而上流经滤层时，实质上是一种反向过滤，开始为砂层逐步膨胀，污浊水开始流出的挤压出流阶段；当冲洗水达到一定流速后，滤层膨胀，砂粒悬浮于水中，处于一种不停地运动的动平衡状态，即达到固定膨胀阶段，此时砂粒表面被水流冲刷，砂粒之间互相碰撞，小颗粒在上面，大颗粒在下面。冲洗水流速愈大，滤层膨胀率愈大。　　上升流速——对于均匀颗粒砂层.MH

3、HH曾得出流速v与滤层孔隙比m的关系式。　　　　　　Re=P)a　　　　　　　　(1)　　　　　　n=Pm3d/LP)a　　　　　　　(2)　　通过实验求得：　　　　　　n=A/Re0.7　　　　　　　　　　　　　(3)　　式中：　　a——砂粒形状系数（砂为1，煤为1.31）　　P3)　　d——粒径(cm)　　μ——水的粘滞系数（g/cm·s）　　m——砂层孔隙比　　P/L——单位厚度砂层水压降（g/cm2·s2）　　A——常数（砂层3.73，煤层5.90）　　a——滤层阻力系数　　Re——雷诺数　　L——滤层厚度(cm)　　对于悬浮砂层

4、　　　　P/L=(Ps-P)　　　　　　　　(4)　　g——重力加速度(cm/s2)　　Ps——砂的密度(g/cm3)　　将(1)，(2)，(4)式代入(3)式，得冲洗水上升流速表达式：v=(g/A61.7)0.77　　　(Ps-P2.31/a1.31P)0.54(cm/s)　　　(5)　　砂粒对水的阻力[1]——冲洗水以流速v/m通过悬浮均匀砂层，受到来自砂粒的阻力。单位砂层厚度水压降P/L即等于单位体积悬浮层的阻力。　　单位体积悬浮砂层中砂粒数　　　　　　N=6(1-m)/πd3　　　　　　　　　(6)　　每一砂粒的阻力为　　　　　F

5、φ=P/LN=Pπd3/L·6(1-m)(g·cm/s2)　　　(7)　　从(2)式可知　　　　　P/L=n·P)a/m3d　(g/s2·cm/s2)　　(8)　　将(8)式代入(7)式得　　　　　Fφ=n·P3　(g·cm/s2)　　(9)　　将(3)式代入(9)式，悬浮砂层中每一粒砂砂对水的阻力　　　　　Fφ=3.73×60.7·μ0.7(1-m)0.7P3　　　　(10)　　水对砂层所作冲洗功——冲洗水克服阻力Fφ，并以相对流速v/m流过砂粒，则水对单位体积膨胀砂层作所作之功率为：　　　　　·N　　(g/s3·cm)　　　　　　　(

6、11)　　　　　　=6920·(Ps-P1.313(1-m)0.458/a1.313P1.313(1-m)0.458　　这是唯一的功率，赋予砂粒的动能，使砂粒悬浮并保持一定的空隙比，使砂粒不停地（平移和旋转）运动，砂粒被冲洗清洁，此外无其他能量来源。　　从这一冲洗功率可以算出水流的时均流速梯度G　　　　　　　　　　　　　　　　　(13)　　单位时间内，单位体积悬浮砂层砂粒之间的碰撞次数为　　　　　

7、N

8、=4/3·N2Gd3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(14)　　［注］此式仅适用于层流流态。滤池冲洗时水的流态属过渡区，故此式不适用

9、。然而作为定性地说明问题也还是可以的，与本文的论点及数学推导无关。　　可见最大功率赋予冲洗中的砂层以最大的冲洗流速梯度及砂粒之间的碰撞次数，无疑将有最好的冲洗效果。　　最佳孔隙比——对应于一个最佳砂层孔隙比，将有一个最大冲洗功率，并由下列条件决定。　　　d=0　　　　　　　　　　　　　(15)　　　-0.458m+1.313(1-m)=0　　　　　　　(15’)　　因之最佳孔隙比　　　mop=0.741　　　　　　　　　　　　(16)　　与之相应的最大冲洗功率　　　Ｗs=73700d1.313　　　　　　　　　(17)　　当d=0.034

10、3cm时，冲洗功率0=0.40，则均匀颗粒滤层冲洗时的最佳膨胀率应为：　　　　　Eop=e×100=m-m0/1-m×100　　　　　　　=0.74-0.40/1-0.74=130%