论文题目: 清水池水力特性研究及应用
论文类型: 硕士论文
论文专业: 土木工程
作者: 金俊伟
导师: 刘文君
关键词: 消毒,清水池,有效水力停留时间,计算流体力学
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文针对国家863重大专项“南方地区安全饮用水保障技术(2002AA601120)”的子专题“新型清水池设计原理与应用”,通过示踪试验和计算流体力学(CFD)方法,在中试和实际水厂的规模上研究了不同内部构造的清水池,其水力特性和影响有效水力停留时间的主要因素。提出了评价清水池水力效率的有效水力停留时间(T10)的概念,T10能更准确反映消毒剂在清水池内的实际停留时间,不同结构的清水池,其有效水力停留时间和理论水力停留时间有很大的差异。采用示踪试验或者计算流体力学方法可以有效地研究清水池内的水力特性和有效水力停留时间(T10);计算流体力学方法计算精度可以达到较高水平,其可视化结果可以更加直观地显示清水池内的水力特性和流态,而且具有省时、省力和省钱的目的。因此CFD方法可以用于清水池设计优化和现有清水池水力特性研究。根据按原型以1/38比例缩小的中试模型试验,结果表明清水池有效水力停留时间与理论水力停留时间比值(T10/T)与水流廊道总长宽比呈对数关系,并得到相应的公式(T10/T) = 0.1894Ln(L/W) -0.0494。清水池的T90/T,σt2都和水流廊道总长宽比呈幂指数关系,随着水流廊道总长宽比的增大而减少。实际清水池的示踪实验结果与中试基本一致。研究也发现在总长宽比大于一定值后,再增加长宽比对T10/T的提高有限。CFD模拟结果也验证了模型试验和实际水厂试验的结论,同时表明改变导流板拐角形式、增加穿孔板设置、扩大进出口管径等也能提高清水池水力效率,进而提高消毒效果、减少消毒副产物的产生。本试验结果已经应用于示范工程的设计和建设,对根据本研究改进设计后的、正在建设中的笔架山1#和2#清水池进行的CFD模拟,发现增加导流板以后,两个清水池的T10/T得到了相应的提高,并对两个清水池的氯扩散进行了初步模拟,发现改进后的清水池有利于氯的接触效果。
论文目录:
摘要
Abstract
主要符号对照表
第1章 引言
1.1 课题的研究背景、目的与意义
1.2 文献综述
1.2.1 消毒
1.2.2 消毒的CT 值概念
1.2.3 清水池的计算流体力学CFD 模型
1.2.4 IDDF 综合消毒设计框架
1.3 研究内容
第2章 试验的原理和方法
2.1 反应器原理
2.1.1 理想反应器模型
2.1.2 非理想反应器模型
2.2 示踪实验
2.2.1 停留时间分布函数
2.2.2 示踪实验方法
2.2.3 示踪剂的选择
2.2.4 取样频度安排和质量控制
2.3 CFD 方法
2.3.1 模拟步骤
2.3.2 模型涉及的公式
2.3.3 初始条件
2.3.4 迎风格式
2.3.5 建立网格
2.4 试验材料和方法
2.4.1 氟离子检测
2.4.2 电导率的检测
第3章 中试试验
3.1 实验设计及实验过程
3.2 导流板数对水力效率的影响
3.3 流速对水力效率的影响
3.4 廊道拐角和进出口高度对水力效率的影响
3.5 不同示踪剂的影响
3.6 本章小结
第4章 实际清水池示踪实验
4.1 四个水厂的调查与示踪实验
4.1.1 各水厂的工艺
4.1.2 加氯工艺的改进
4.1.3 各水厂清水池的调查
4.2 美国的清水池情况调查
4.3 本章小结
第5章 CFD 模型
5.1 中试物理模型的CFD 模拟
5.2 中试模型的扩展
5.2.1 2 个挡板中试的优化
5.2.2 水头损失
5.3 笔架山水厂原型清水池的CFD 模拟
5.3.1 示范工程清水池介绍
5.3.2 笔架山清水池改进前后的设计CFD 模拟
5.3.3 笔架山清水池氯浓度场的CFD 计算
5.4 本章小结
第6章 结论和建议
6.1 结论
6.2 建议
参考文献
致谢
声明
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
发布时间: 2006-06-29
参考文献
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