惯性效应在混凝中的动力学作用

上有两个力：一是离心力；二是压力的合力。两者相平衡。如果把坐标原点取在运动的涡旋的中心上，则可写成如下方程：（略）
　　
　　由上面的理论论述可以看出，如果能在絮凝池中大幅度地增加湍流微涡旋的比例，就可以大幅度地增加颗粒碰数，有效地改善絮凝效果。这可以在絮凝池的流动通道上增设多层小孔眼格网的办法来实现。由于过网水流的惯性作用，使过网水流的大涡旋变成小涡旋，小涡旋变成更小的涡旋。不设网格的絮凝池湍流的最大涡旋尺度与絮凝池通道尺度同一数量级。当增设格网之后，最大涡旋尺度与网眼尺度同一数量级。
　　
　　增设小孔眼格网之后有如下作用：（1）水流通过格网的区段是速度激烈变化的区段，也是惯性效应最强，颗粒碰撞几率最高的区段；（2）小孔眼格网之后湍流的涡旋尺度大幅度减少。微涡旋比例增强，涡旋的离心惯性效应增加，有效地增加了颗粒碰撞次数；（3）由于过网水流的惯性作用，矾花产生强烈的变形，使矾花中处于吸附能级低的部分，由于其变形揉动作用达到高吸能级的部位，这样就使得通过网格之后矾花变得更密实。
　　
　　三、矾花的合理的有效碰撞
　　
　　要达到好的絮凝效果除有颗粒大量碰撞之外，还需要控制颗粒合理的有效碰撞，使颗粒凝聚起来的碰撞称之为
　　
　　
　　
　　有效碰撞，使颗粒凝聚起来的碰撞称之为有效碰撞。如果在絮凝中颗粒凝聚长大得过快会出现两个问题：（1）矾花长得过快其强度则减弱，在流动过程中遇到强的剪切就会使吸咐架桥被剪断，被剪断的吸咐架桥很难再连续起来，这种现象称之为过反应现象，应该被绝对禁止；（2）一些矾花过快的长大水中矾花比表面积急剧减少，一些反应不完善的小颗粒失去了反应条件，这些小颗粒与大颗粒碰撞几率急剧减小，很难再长大起来。这些颗粒不仅不能为沉淀池所截留，也很难为滤池截留。絮凝池中矾花颗粒也不能长得过慢虽然密实，但当其达到沉淀池时，还有很多颗粒没有长到沉淀尺度，出水水质也不会好。由此看到在絮凝池设计中应控制矾花颗粒的合理长大。
　　
　　矾花的颗粒尺度与其密实度取决两方面因素：其一是混凝水解产物形成的吸咐架桥的联结能力；其二是湍流剪切力。正是这两个力的对比关系决定了矾花颗粒尺度与其密实度。吸咐架桥的联结能力是由混凝剂性质决定的，而湍流的剪切力是由构筑物创造的流动条件所决定的。如果在絮凝池的设计中能有效的控制湍流剪切力，就能很好的保证絮凝效果。
　　
　　应该指出，水处理领域内流动的动力相似并没有真正建立起来。很多的小试、中试的试验结果在生产试验上无法重现，甚至完全失真。这其中的根本原因是由于尺度放大后其流态发生了变化，甚至是根本的变化。由于人们对其决定性的动力学因素认识不清，就不知控制什么样的动力学因素，故此也就不能真正建立起水处理工艺中的动力相似。由上面讨论我们看到湍流剪切力是絮凝过程中的控制动力学因素，如果在大小两个不同的絮凝工艺中，其湍流剪切力相等，那么具有同样联结强度的矾花颗粒可以在两个不同尺度的絮凝过程中同时存在。这在某种意义上也就实现了两个絮凝过程絮凝效果的相似。湍流剪切力是由湍流涡旋造成的。设想一个矾花位于湍流涡旋之中，由于此涡旋外侧流速大，内侧流速小，因此位于其中的矾花颗粒受剪，此剪切力主要取决于涡旋尺度与涡旋强度，显然涡旋尺度越小，涡旋强度越大，涡旋对矾花的剪切作用越强。湍流中充满着大量大大小小的涡旋，因此涡旋尺度是随机的。这里所说的涡旋尺度可用均匀各向同性湍流中涡旋尺度统计特征物理量涡旋积分比尺代表，可以认为它是湍流中最大涡旋的特征尺度。它主要取决于流动空间尺度与流动速度两个因素。流动空间越大，涡旋尺度越大；在同一空间尺度下流动速度越大，涡旋尺度越小，由此可以认为湍流剪切力与流动空间尺度成反比，与流动速度成正比。而涡旋强度与流动速度成正比，这样就有下面关系：
　　
　　五、结论
　　
　　本文首次从湍流微结构的尺度（即亚微观尺度）讨论了流动水体中颗粒碰撞（物相接触）和混凝剂水解产物的亚微观传质这两个物理过程及其动力学致因，这正是混凝过程和多相流动物系反应工艺中，其反应不是化学反应就是生化反应。众所知，化学反应速度非常迅速，生化反应在生物酶存在的情况下，其反应速率也远大于物相接触，特别是远大于亚微观传质的速率。因此在这些工艺过程中提高物相接触和亚微观传质速率，就成为提高工艺效率和工艺品质的关键。可以预见，本文所揭示的自然规律必将对其相关领域的工艺进步起到重要的推动作用

《惯性效应在混凝中的动力学作用(第2页)》