絮凝的數學描述一般分為兩個立的過程:遷移和粘附。遷移過程產生顆粒的碰撞。遷移是由水中顆粒的速度差異引起。在折板絮凝池中,速度差異認為是以下3種因素造成:(1)顆粒的布朗運動(異向絮凝中起主要作用;(2)紊流渦旋(同向絮凝);(3)顆粒間沉降速度的差異(差速絮凝)。粘附作用取決于和顆粒物本身表面性質有關的瞬時作用力。
同時,大尺度的渦旋從主流吸取動能,在運動過程中傳遞給較小尺度的渦旋,這樣逐級傳遞,一直到微尺度的渦旋。在較大尺度的渦運動中,流體粘性幾乎不起作用,可忽略不計,因而在動能傳遞中幾乎沒有能耗;而在微尺度的渦旋運動中,流體粘性將起主要作用,傳送到這些低級渦旋的能量就會通過粘性作用轉化為熱能。水流中同時存在無數大大小小的渦旋,產生一系列的脈動頻率,具有連續(xù)的頻譜。
合理地選定和優(yōu)化混凝工藝,不僅會提高出水水質,還能達到節(jié)能、節(jié)藥及降低運行費用的目的。往復式隔板絮凝池是依靠水流在廊道間的往返流動,使顆粒碰撞聚集。實際運行資料表明,有些絮凝池在運行過程中絮凝效果不佳,致使后續(xù)工藝的出水水質遠低于設計水平。國內外常用的方法是將CFD 模型應用到絮凝過程中,并已經證明CFD對絮凝模擬的實用有效性。通過絮凝動力學的研究,得到了絮凝中重要參數速度梯度值(G值)隨時間的變化規(guī)律,并將CFD模型應用到往復式隔板絮凝池的設計過程中,通過流體力學軟件FLUENT的數值模擬,得到了往復式隔板絮凝池內部水流的狀態(tài)和內部的流場,并對模擬結果進行了深入的分析,定性分析水流狀態(tài)對絮凝處理效果的影響。
為使水流中的顆粒相互碰撞,就使其與水流產生相對運動。水中的顆粒與水流產生相對運動好的辦法是改變水流的速度。改變速度的方法有兩種:①改變水流速度時造成的慣性效應來進行凝聚;②改變水流方向。在湍流中充滿著大大小小的渦旋。其中大渦旋能夠使流體進一步的摻混,使顆粒均勻擴散于流體中;同時創(chuàng)造大量的小漩渦,并將能量輸出給小渦旋。而小渦旋的作用是促進顆粒的碰撞,提高絮凝效率。微渦旋理論認為:水中微渦旋尺度與礬花顆粒尺度相近時混凝反應充分。而小渦旋的動力學致因是慣性效應,特別是湍流渦旋的離心慣性效應,由此可見湍流中微小渦旋的離心慣性效應是絮凝的重要動力學致因。
在往復式折板后面能夠形成渦旋,伴隨著顆粒粒徑在增加,渦旋的尺度由小變大,符合絮凝動力學規(guī)律;通過比較得出,圓弧形渠道絮凝池的湍流強度變化緩慢,分布更加均勻合理,不僅能夠滿足絮凝前期較大湍流強度的需要,也能滿足絮凝后期顆粒碰撞的湍流強度,證明圓弧轉彎渠道形比矩形轉彎渠道有更好的絮凝效果。
傳統(tǒng)往復式絮凝池在矩形渠道拐彎處速度方向改變?yōu)?80°直接轉變,而圓弧形渠道拐彎處的速度方向則是逐漸變化,變化比矩形拐彎渠道平緩的多。而其圓弧形拐彎渠道能夠產生慣性離心力,進而產生各種微渦旋,根據王紹文教授提出的“慣性效應是絮凝的動力學致因”可知,圓弧形渠道能夠提高絮凝效率,即絮凝效率較高