沉淀池中异重流现象的理论分析

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1、第44卷第5期人民长江Vo1．44．No．52013年3月YangtzeRiverMar．，2013文章编号：1001—4179(2013)05—0066—03沉淀池中异重流现象的理论分析徐长学(新疆生产建设兵团农十师勘测设计院，新疆北屯836000)摘要：异重流是挟沙水流的一种特殊运动形式，它的出现给净水工艺带来了极其不利的影响。对沉淀池中异重流的形成原因进行了讨论；应用流体力学的原理和方法，探讨了沉淀池中异重流的形成、运动等力学机理，建立了相应的理论分析公式，以便能减弱沉淀池中的异重流，达到提高

2、沉淀效果的目的，更好地服务于生产实践。关键词：异重流；净水；沉淀池；流体力学中图法分类号：TV14文献标志码：A异重流是两种或两种以上比重相差不大、可以相出水效果。因此，需要对沉淀池中异重流现象进行深混的流体，因为比重差异而发生的相对运动。对泥沙入研究，以便能及时有效地防止或减弱沉淀池中异重异重流而言，当挟沙水流与清水相遇时，由于前者的比流。重比后者大，在条件适合时，挟沙水流就会潜入清水底2沉淀池中异重流的理论分析部继续向前流动，形成异重流。异重流又称密度流、分层流、浊流、底流、重力流等--。对水流

3、来说，促使重2．1异重流的压力率发生变化而形成异重流的主要因素有温度、溶解质沉淀池中的异重流是浑水异重流，压力分布见图含量和含沙量。1。先假定异重流中含沙量不沿水深而变，而假定浑水1沉淀池中异重流现象密度是均匀的，则异重流中的任一点压强P应为P=yh+(h一Y)(1)沉淀池是净水工艺中一个重要的构筑物，它主要上式又可以改写为是利用重力作用，将泥沙与水分离所采取的一种工程P=(日一Y)+(y一y)(h一Y)(2)措施。水流进入沉淀池后，由于过水断面突然扩大，流或速显著降低，水流挟沙力大大减小，从而改变

4、了原有的P=(H—Y)叼y(h一Y)(3)水流泥沙运动状态，水深变大，流速、挟沙力变小，进口式中，为附加修正系数。含沙量相对较大，最终将泥沙颗粒沉降在沉淀池的底由式(1)、(2)可以看出，异重流中的压力由两部部。分叠加而成，一部分是上层清水的压力，另一部分是本由于进入沉淀池的挟沙水流与清水具有一定的重层浑水的压力；但有时也可以理解为一部分是上层和度差，从而形成了浑水在清水下面流动的浑水异重流。本层清水的压力，另一部分则为本层由清浑水重率差进入沉淀池的浑水以潜流形式沿水平方向向末端推而引起的附加压力。

5、由式(3)还可以看出，在考虑了进，随着水体在沉淀池中的运动，异重流的形态和特征清水压力之后，异重流的附加压力可按一般静水压力也不断地变化和发展，使整个沉淀池底部的积泥区分布很不均匀，影响沉淀池的排沙效果。而沉淀池前公式求出，只需将浑水重率改用有效重率，或加乘重力部的积泥也难以清除，后部的淤泥因堆积过高而影响修正系数即可。收稿日期：2012—12—13作者简介：徐长学，男，工程师，主要从事水电工程的勘测设计工作。E—mail：xvchangxue@163．conl第5期徐长学：沉淀池中异重流现象的理论

6、分析67(1)J土力。P=yhh'+ht2hyHP=y(+警ox)(一aoh。c'6)+,y上t(Ooh'6●●●●●●●●●●●●⋯⋯．．y⋯⋯．譬+(y●●●hl：=：：==Pssin(~。一卢)=[(+Oh6x)+y(+Oh'6x)]图1异重流压力分布计算((异重流的全部水深总压力应为COS。一)hr一(Th+y'h)8xtan(~0一J8。)P=Ipdy(+，，)Oh'将P值按式(1)或(2)代人，同样得到总压力P的两种表现形式P为垂直于水流方向，不予考虑。P：yhh，+ytht2(2)重力

7、。(4)Gsi。=(+Oh'6x)si或h08P：y，(日一等)+(y，一)等(5)1，，，a如果考虑到浑水密度水深分布的不均匀性，则异f3)阳力重流中压强可写成：T=roCOS(一1)+∞hr6xP=Th+Jydy(6)卢0Jy一或Q。-=、，hr每每舐P=y(日一Y)+J(一y)d2(7)+JY，zrh，oo6gP=y(H—Y)+J叼d)，(8)式中，。分别为异重流床面、交界面及综合面的异重流全部水深的总压力即可相应求出。阻力系数；U为流速。2．2异重流的运动方程式(4)惯性力。如图2所示，为了

8、分析方便，假定上层清水处于静，=等(¨_Oohx'6Zx)舐_dfUlt'止状态，它的表面是水平的；并令水流方向与异重流交t^，舐(一OU'+U，)界面方向平行，取坐标轴的方向与水流方向一致。以gOtOx宽度为1，长度为6的异重流流体为研究对象，并在推写成力的平衡方程式应为导过程中忽略包含舐的二阶微小项，则该流体在水Pl—P2+P3sin(／30一卢1)+Gsinp1一T=j流方向所受的作用力如下。将有关力各力的表达式代入，化简得(一y)蓑一鲁gu瓢=Y'h'6x(O