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1、中国给水排水1999Vol.15CHINAWATER&WASTEWATERNo.1污水排海扩散器优化设计赵毅山韦鹤平邓晓林(同济大学工程力学与技术系)(同济大学环境工程学院)摘要结合上海市污水治理二期工程,介绍排海工程中扩散器水力计算的新方法,通过控制扩散器三通及喷头局部阻力系数,使各上升管出流量不均匀分配,数学模型计算结果与物理模型实测值非常吻合。关键词污水排海扩散器非均匀分配数模计算上海市污水治理二期工程是我国迄今为止最大p1thH=∑hf+∑hj=∑hf+Z1++的污水治理工程,建设此项工程的主
2、要目的是为了r122减缓黄浦江上游水质污染。该工程设计旱流污水量Q1p2Q22-Z2--2+为170×104t/d,污水经预处理后排入长江口白龙2gAr22gA22港流域。pop2Q2p3Q3+Z2++2-Z3--2r22gAr32gA排放口初步设计方案利用管径4200mm放流管将170×104t/d污水通过202.5m长的扩散器潜…+22没多孔均匀排入白龙港水域,排放口水域5年一遇pi-1Qsti-1piQi+Zi-1++2-Zi--2ri-12gAri2gA设计水位为5.18m,最低水位-0.6m
3、,上升管喷口222顶部高程为-3.257～-6.537m。在白龙港排放QiqiLQ1ζi,i2+ζi2+λ2+…+2gA2gaiD2gA口位置、放流管长度、扩散器长度及水深、水文等外22界环境条件都已确定的条件下为了充分利用排放口λLQi+λlqi(1)D2d22gAi2gai的水流条件和环境水体的稀释能力,提高近区初始式中Qi———扩散管内流量稀释度,要对初步设计方案进行优化,将扩散器多根di———上升管直径上升管(见图1)流量不均匀分配,即近岸上升管分qi———上升管流量配以较少的污水量,离岸上升
4、管分配以较多的污水量,且使水头损失合理。通过多方案多工况的数值ai———上升管面积模拟,得到扩散器最佳形式。D———扩散管直径A———扩散管面积L———两上升管之间的扩散管长l———上升管长ζi,i为扩散管水流进入上升管的阻力系数,即三[1]通阻力系数,是通过物理模型试验获得的,三通的局阻为ζi,i乘扩散管流速水头,即图1扩散器断面示意图2v扩散器ΔH三通=ζi,i×1公式建立2g建立扩散管0-0断面与第i根上升管的伯努ζi为喷头淹没流阻力系数;喷头的局阻为ζi乘利方程(见图1):上升管流速水头,即·
5、9·1999Vol.15中国给水排水No.12v上升管3数学模型验证ΔH喷头=ζi×2g利用物理模型试验数据对数学模型进行验证,又因为其中实测各上升管流量、水头损失以及计算各上升pi-1piZi-1+≈Zi+,(i=1,…,n),则(1)管流量、水头损失如图3所示。ri-1ri可化为:2222Q1QiQiqiH=2-2+ζi,i2+ζi2+2gA2gA2gA2gai222LQ1LQilqiλ2+…+λ2+λ2D2gAD2gAdi2gai(2)展开可得qi的联立方程:22ga12Q1q1=lH-ζ1,1
6、2-Hζ1+λ2gAd1122LQ1Zλ2D2gA22ga222Q1Q2q2=lH-2+2-rζ2+λ2gA2gAd212222Q2LQ1LQ2ζ2,22-λ2-λ22gAD2gAD2gA··图2程序计算框图λ·2222ganQ1QnH-2+2-qn=l2gA2gAζn+λdn12222QnLQ1LQnζn,n2-λ2-…-λ22gAD2gAD2gAQn+1=Qn+qn(n=11)(3)由于已知三通及喷头的局部阻力系数,进行扩散器的水力模型计算时,先假定第一根上升管的出流量,根据方程组(3)算出各个上
7、升管的出流量,如图3数学模型验证果算出的上升管总流量与实际流量不符合,则对第由图3可以看出,各上升管出流量呈不均匀分一根上升管的出流量按一定规律重新假定,再重新配,即近岸上升管出流量小,远岸上升管出流量大;进行计算,直到算出总流量与实际总流量误差在一数学模型计算值与实测值非常吻合,两者误差在定范围以内。10%以内,说明数学模型的计算结果是可信的,可以2计算框图用于扩散器水力计算。由上述数学模型推导,根据公式(3)编制计算程4优化设计方案之一序,其计算框图如图2。扩散器直径为1.1m的上升管共11根,每
8、只喷·10·1999Vol.15中国给水排水No.1头分别设喷口8mm×290mm(1排)三只、16mm×升管出流量与实测的上升管出流量误差在10%以250mm(2排)四只以及16mm×270mm(2排)四内,有的甚至达到5%左右,即数学模型是可靠的。只,计算结果如图4所示。③优化设计方案实现了上升管流量不均匀分配;水头损失、喷头射流速度、扩散器内水力条件与原设计基本上一致,即防止海水入侵的条件基本相似。参考文献1韦鹤平,赵毅山等.上海市污水治理二期工程
