上向流斜管沉淀池是目前净水处理厂较常见的一种沉淀设施，然而由于该类沉淀池运行时水流的流场及浓度场变化规律复杂，人们在实际工程运用中对部分区域的认识不够清晰,因而对斜管沉淀池开展研究是十分必要的。我们基于流体力学,采用两相流数学模型对斜管沉淀池尝试进行了数值模拟。通过改变进水悬浮物颗粒直径、配水区高度以及集水槽布置形式等条件,对流场、浓度场和沉淀池的出水效果三个方面进行了分析。
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    通过建立包括长宽比、斜管管径、配水区高度等多个因素的水力学方程，分析了上述因素对沉淀池运行效果的影响，得出沉淀池的高宽比的影响，增加配水区高度和沿池长方向减小斜管管径可以提高斜管沉淀池的布水均匀性，从而实现了 斜管沉淀池的优化设计。总而言之，国内对沉淀池的速度场、浓度场以及温度场的数值模拟研究已逐渐成熟，但还没有深入研究沉淀池的几何尺寸、进水悬浮物动态变化情况下对沉淀效果的影响；并且对沉淀池的探讨分析大部分还停留于二维模拟，关于三维模拟的研究。我国对沉淀池的多相流研究目前还处于探索阶段，所选用的模型通常包括混合物两相流模型和欧拉两相流模型，在沉淀池数值模拟研究中关于多相流模型大部分只有水体和悬浮物质这两相。

    在水处理工艺中，沉淀特性是指比重大于水的悬浮颗粒依靠重力的作用，从水中沉降分离的过程。根据悬浮颗粒的浓度和颗粒性质的不同，沉淀又可分为分散颗粒自由沉淀、絮凝颗粒絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀这四种基本形式。（1）分散颗粒自由沉淀 悬浮颗粒小于5000ｍｇ／Ｌ的天然河流水中泥砂颗粒一般具有自由沉淀的性质。禹水沣环保自由沉淀是指当水中悬浮物浓度不高时，颗粒从水中下沉分离时彼此互不干扰，独立完成各自的沉淀过程。悬浮颗粒呈离散状态，其物理性质（密度、尺寸、形状等）及下沉速度均不发生变化，且颗粒在水中只受到本身的重力和水流的阻力作用。关于分散颗粒的自由沉淀的变化规律通常使用牛顿定律与斯托克斯公式来表达。

    絮凝颗粒絮凝沉淀又称为干扰沉淀，天然水源水中细小粒径的泥砂也会发生自然絮凝作用，形成絮凝颗粒的自由沉淀。经过混凝后的悬浮颗粒具有一定絮凝性能，絮凝过程即两悬浮颗粒相互碰撞后聚结，粒径和质量均逐渐增大，其沉降速度也随水深增加而加快的沉淀过程。沉淀轨迹呈抛物线状，但很难用规律的公式计算，这是由于4万方数据 章绪论 悬浮物颗粒的尺寸在不断变化，沉速也随之变化，故大都需要试验测定。禹水沣环保拥挤沉淀又称为分层沉淀，当水中的悬浮颗粒浓度大于15000mg/Ｌ时，在下沉过程中互相干扰碰撞，最终形成一个整体并且共同向下沉淀的过程即为拥挤沉淀。该过程中悬浮物与水之间会出现明显的固液分界面。拥挤沉淀在水处理过程中常常可见。例如二次沉淀池下部污泥的沉淀过程以及浓缩池中污泥浓缩的初始阶段。

    压缩沉淀又为污泥浓缩，它是拥挤沉淀的继续。当浓度比较高的悬浮物颗粒在水中沉降时，颗粒与颗粒之间通常形成团块状，呈现彼此接触并依托的状态，在重力作用下，下层颗粒受到上层颗粒的挤压并挤出间隙水，使污泥得到浓缩的过程，该过程称之为压缩沉淀。悬浮物颗粒聚集在一起，与液体形成显而易见的分界面，且粒群与液体分离的速 度非常缓慢。一般污泥的浓缩过程都存在着压缩沉淀，该过程通常发生在沉淀池及浓缩池内，如活性污泥在二次沉淀池污泥斗中的浓缩过程。理想沉淀池是简化了的沉淀池的模型，是沉淀池设计的理论基础，它应符合以下三个假定：（1）水中颗粒处于自由沉淀状态，认为颗粒在沉淀过程中互不干扰：（2）忽略悬浮颗粒之间的相互作用，即颗粒密度、形状、大小保持不变，认为沉降过程中颗粒下沉的速度是相同的；（3）忽略了水流对池底的冲刷作用，认为颗粒沉到池底视为己去除。 依据上述假设条件，作出理想沉淀池的工作原理简图.

    原水经整流设施流入池内，均匀分配于Ａ-ｃ截面，则其水平流速公式为： ｖ：ｊ生（1.1） ％曰 式中ｒ水平流速，ｍ／ｓ 旷流量，ｍ３／ｈ； 办Ｄ一水流截面Ａ—Ｂ的高度，ｍ； 召一水流截面Ａ—Ｂ的宽度，ｍ。 如图1.1所示，直线１所代表的颗粒沉速实际上反映的是沉淀池所能全部去除的颗粒中颗粒沉速ｖ，通常称为“截留沉速”；图中比截留沉速大的全部颗粒均能够按照类似路线３的轨迹沉入池底，而比截留沉速小的全部颗粒如果由Ａ点进入沉淀池，则无法沉淀只能顺着类似路线２的轨迹随液体流出池外。 沉淀池的去除率公式为：E＝』Ｌ Ｑ儿（1.2）由式（1.2）可知：在理想沉淀池中，沉淀池的运行效率与沉淀池与池体的几何构造、进水流速以及颗粒停留时间等因素无关，只有沉淀池的表面负荷影响其大小。根据式（1.1），悬浮颗粒在沉淀池里的沉降速度影响了沉淀池长度与深度间的联系，因而影响了沉淀池的优化设计。然而这与真实的情况并不相符。颗粒沉速只是影响沉淀池去除效果的其中一个因素，还有其他原因例如由温度差引起的对流、密度差引起的异重流、风力和水力搅动以及配水、池内死角和水与池壁摩擦引起的滞流等不 规则运动。同时，水流的断面流速并不是均匀分布，悬浮颗粒沉淀效率容易受到水流状态不稳定的影响。综上所述，对于沉淀池的尺寸优化基于上述假定条件具有很大的经验性、主观性和任意性。所以，对沉淀池内的流态和悬浮物浓度分布进行研究具有十分重要的意义，能够比较地确定沉淀池的尺寸以及沉淀的效率。

    沉淀池的种类按照液体在池中的运动与轨迹，通常可以分为以下五种：平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐射式沉淀池、气浮池和斜管沉淀池。选择正确的沉淀设施对于整个水处理工艺是否能运行起到不容忽视的作用。平流沉淀池是较普遍的一种沉淀形式，也是水厂设计中应用较早的沉淀构筑物。它的用途大致可以归为过滤操作前的沉淀处理以及预沉、终沉淀处理。

    沉淀池构造比较简单，大多为矩形水池，平流沉淀池在设计时应当注意出水要均匀，池内的水流状态保持稳定，减少湍流运动的干扰，同时尽量增大池体的有效容积。 国内较大、中型水厂的沉淀通常采用平流式沉淀池，尤其是对于大型水厂，该沉淀池更加具有实用性。主要特征是构造简单，造价低，沉淀效果比较稳定，操作管理方便，且其处理水量幅度变化广，对水量和温度变化的适应能力较强。主要缺点是进出水配水不易均匀，平面面积较大，池深较浅，因而使后续滤池的选用常常受到限制。竖流式沉淀池 在上世纪五十年代我国许多小水厂设计都选择了竖流式沉淀池。该沉淀池池体一般呈现圆柱形或者方柱形。进水口通常设置在池中心，运行时水自中心管流入水池后，经管下的伞形挡板反射后逐渐上升且分布均匀，被去除的悬浮物进入池底的排泥斗中，清水则由池四周的集水设施收集后流出。污泥依靠静水压力定期排走。竖流式沉淀池的特点是体积小节省建设空间，且排泥便捷，然而建设费用高，不便于施工等缺点也是其不能广泛运用的原因。