混凝涡旋水动力学的数值模拟及试验研究

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文混凝涡旋水动力学的数值模拟及试验研究研究生：丁林祥指导教师：潘华辰教授聂欣副教授2013年3月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterAResearchonFlocculationVortexHydrodynamicsbyNumericalSimulationandExperimentsCandidate:DingLinxiangSupervisor:Prof.PanHuachenProf.NieXinMarch，2

2、013杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后

3、，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日杭州电子科技大学硕士学位论文摘要混合器是水处理流水线上的重要部件，其性能直接决定原水与药剂的混合效率和单位水处理成本。由于静态混合器无法对突发水质变化做出相应的应变，因此当水的流量，浊度，特定污染物的突然增加或者减少，静态混合器的混合强度是固定的，不能随之改变。这样会

4、导致出水品质下降或者絮凝剂不必要浪费。水品质的下降将直接危害人类的身体健康，有甚者将会威胁生命安全。本文将混合器与涡旋水动力学结合，设计出了一种可调式静态混合器，克服了传统静态混合器不可调节的缺陷。这种混合器可以根据来水水质和流量改变叶片角度，以更好的达到混凝效果。文章从以下几方面进行介绍：首先阐述了该课题的研究背景和意义，并对混合器的应用领域和研究现状进行了简单的阐述。同时，对于本文的基本思路和主要研究内容进行了概括。然后对于实验所需的高岭土的粒径分布进行测定；对高岭土溶于水的浊度特性和电位分布进行测定；分析了PAC对于浊度的影响；验

5、证了高岭土溶液和聚合氯化铝溶液絮凝效果，起始浊度在150NTU，PAC投加量为每千吨水10kg到20kg对实验最有利。接着介绍了可调式静态混合器的组成，以及旋流发生器主要部件和基本结构；完成试验台架的搭建和实验方案的设计；利用已完成的试验台架和既定的实验方案，对于可调式静态混合器的主要影响因素进行了研究，包括水温、流速、加药量和叶片角度变化等。根据实验可知压力损失随着叶片角度和流速的增大而增大，六叶片可调式混合器的压力损失要大于三叶片可调式静态混合器。三叶片可调式静态混合器在低流速下具有良好的混凝效果，当流速为0.1m/s，在加药量为1

6、0kg每千吨时，其去浊率可高达70%，去除浊度105NTU。介绍实验设备SK型静态混合器的基本结构和用途，并且通过一系列实验对于其性能有所了解；而后通过相同工况的实验，分别从压力损失、粒径分布和Zeta电位三个方面对三种不同的静态混合器的性能进行对比和分析。可调式混合器尤其是三叶片可调式混合器在低流速大角度工况下的压力损失最大为2780Pa，压力损失不大，能耗较小；相同工况下可以提高去浊率10.1%，节约药剂投加量达20%左右。且通过实验还说明可调式静态混合器不但在前期具有更好的混合效果，而且在混合以后还能有助于胶体后期絮凝。运用CFD

7、的方法，对可调式静态混合器实现了大涡模拟。通过观察压力损失、流速分布和涡旋分布同样印证三叶片可调式静态混合器的性能更加优异。最后对本文所做的工作进行了总结，指出了本文工作中的创新点和不足之处。关键词：可调式静态混合器，压力损失，去浊率，粒径分布，大涡模拟，I杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTThemixerisanimportantcomponentofthewatertreatment,whoseperformancedirectlydeterminesthemixingefficiencybetweenrawwateran

8、dchemicalagentandthecostsofperunitwatertreatment.Themixingintensityofthestaticmixerisfixedwhentheflowra