污泥管道输送非均质流动阻力预测及费用模型研究

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1、博士学位论文污泥管道输送非均质流动阻力预测及费用模型研究STUDYONPREDICTIONOFHETEROGENEOUSFLOWRESISTANCEANDCOSTMODELOFSLUDGEPIPELINETRANSPORT陆海哈尔滨工业大学2014年06月国内图书分类号：TU991.11学校代码：10213国际图书分类号：628.1密级：公开工学博士学位论文污泥管道输送非均质流动阻力预测及费用模型研究博士研究生：陆海导师：袁一星教授副导师：尹军教授申请学位：工学博士学科：市政工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2014年06

2、月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU991.11U.D.C:628.1DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONPREDICTIONOFHETEROGENEOUSFLOWRESISTANCEANDCOSTMODELOFSLUDGEPIPELINETRANSPORTCandidate：LuHaiSupervisor：Prof.YuanYixingAssistantSupervisor：Prof.YinJunAcademicDegreeApp

3、liedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringAffiliation：SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineeringDateofDefence：June,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要活性污泥法因其高效、低耗等优点而成为城市污水处理的最主要方法，但随之产生的大量污泥却是污水处理厂面临的一大难题。对污泥的处理处置有分散处理

4、和集中处理两种模式，其中后者因占用城市面积小且对周边环境污染轻而成为污泥处理与处置的首选模式。实践表明，在可供选择的污泥输送方式中，传统的卡车输送、驳船输送运行费用高，输送效率低，并且严重影响城市环境卫生。相比之下，城市污泥的管道输送方式因其运行费用省、自动化控制程度高及清洁卫生等优点而成为污泥输送方式的最佳选择。对城市污泥管道输送阻力特性进行研究，并对输送管道的设计参数进行优化，不但能够保障污泥输送管道的安全可靠运行，同时还对保障其经济运行并节省输送成本具有重要意义。测定了质量浓度分别为2.38%，3.94%和5.39%的污泥

5、的流变性，结果表明其具有显著剪切稀化特性，在剪切速率足够大时表现出较稳定的极限粘度，三种质量浓度污泥在温度T=293K时的极限粘度分别为2.60mPas，3.21mPas和5.95mPas；T=298K时分别为2.45mPas，2.91mPas和5.78mPas；T=303K时分别为2.32mPas，2.78mPas和3.69mPas，表明极限粘度随污泥质量浓度的升高而增大，同时随温度的升高而降低。污泥流变曲线符合宾汉模型，表现出宾汉伪塑性的流变特征。基于污泥的流变特性，经阻力模型比选，采用广泛应用的Turia

6、n-Yuan非均质模型对城市污泥在管道内的流动阻力进行了预测，并结合试验数据对其参数进行了优化。对于敏感参数污泥体积浓度CV的指数m1和污泥颗粒沉降阻力系数CD的指数m2的优化结果为：m1=0.887，m2=-0.162，由此确定改进Turian-Yuan20.6940.8870.162v1.2非均质阻力i0.551CCsi。经实际输泥模型为i()()movD0gD管道实测数据验证，改进Turian-Yuan非均质模型精度高且预测效果稳定，满足对污泥流动阻力预测的精度要求，同时对该模

7、型预测误差的来源进行了分析。推导了基于相似理论的输泥管道原型和物理模型主要参数之间的关系，实现了基于试验结果的实际原型流动参数的模拟，并将该方法所获得的阻力模拟值与改进Turian-Yuan模型的模拟值进行了分析比较，进一步验证了改进Turian-Yuan模型的精度和安全性。-I-哈尔滨工业大学博士学位论文建立了污泥管道输送系统年折算总费用模型，并将污泥浓度Cw和输送速度v确定为待优化变量，同时利用高效并行且具有全局寻优能力的遗传算法对复杂非线性的污泥管道输送系统费用模型进行了参数优化求解，为污泥管道输送系统的安全经济运行提供了

8、可参考的优化设计参数。计算实例表明，污泥流33量Q=0.226~0.045m/s（污泥浓度Cw=0.8~4.0%），输送距离L=4.510m条件下的最优设计参数为：污泥浓度2.32%，输送流速1.10m/s，管径300mm，年折算总费用W=52.83万元。污泥