滤池冲洗最佳膨胀率的探讨论文

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1、滤池冲洗最佳膨胀率的探讨论文摘要：本文从颗粒材料水力学的基本概念出发，提出了均匀颗粒砂层的冲洗功率，推导出其计算式，求得了冲洗均匀颗粒砂层时，使孔隙比为0.74将有最大冲洗功率。关键词：滤池冲洗最佳膨胀率一般生产滤池采用非均匀砂层。计算其最佳膨胀率应使截泥最大的表层砂获得最大冲洗功率，即孔隙比达到0.74，从而取各层的平均值。可求得某一砂层的最佳膨胀率为52%，而粒径较大的砂层则可小些。建议设计滤池冲洗水强度时.freel的关系式。Re=P)a(1)n=Pm3d/LP)a(2)通过实验求得：n=A/Re0.7(3)式中：a——砂粒形状系数（砂为1，煤为1.31

2、）P3)d——粒径(cm)μ——水的粘滞系数（g/cm·s）m——砂层孔隙比P/L——单位厚度砂层水压降（g/cm2·s2）A——常数（砂层3.73，煤层5.90）a——滤层阻力系数Re——雷诺数L——滤层厚度(cm)对于悬浮砂层P/L=(Ps-P)(4)g——重力加速度(cm/s2)Ps——砂的密度(g/cm3)将(1)，(2)，(4)式代入(3)式，得冲洗水上升流速表达式：v=(g/A61.7)0.77(Ps-P2.31/a1.31P)0.54(cm/s)(5)砂粒对水的阻力1——冲洗水以流速v/m通过悬浮均匀砂层，受到来自砂粒的阻力。单位砂层厚度水压降P

3、/L即等于单位体积悬浮层的阻力。单位体积悬浮砂层中砂粒数N=6(1-m)/πd3(6)每一砂粒的阻力为Fφ=P/LN=Pπd3/L·6(1-m)(g·cm/s2)(7)从(2)式可知P/L=n·P)a/m3d(g/s2·cm/s2)(8)将(8)式代入(7)式得Fφ=n·P3(g·cm/s2)(9)将(3)式代入(9)式，悬浮砂层中每一粒砂砂对水的阻力Fφ=3.73×60.7·μ0.7(1-m)0.7P3(10)水对砂层所作冲洗功——冲洗水克服阻力Fφ，并以相对流速v/m流过砂粒，则水对单位体积膨胀砂层作所作之功率为：·N(g/s3·cm)(11)=6920·

4、(Ps-P1.313(1-m)0.458/a1.313P1.313(1-m)0.458这是唯一的功率，赋予砂粒的动能，使砂粒悬浮并保持一定的空隙比，使砂粒不停地（平移和旋转）运动，砂粒被冲洗清洁，此外无其他能量来源。从这一冲洗功率可以算出水流的时均流速梯度G(13)单位时间内，单位体积悬浮砂层砂粒之间的碰撞次数为

5、N

6、=4/3·N2Gd3(14)［注］此式仅适用于层流流态。滤池冲洗时水的流态属过渡区，故此式不适用。然而作为定性地说明问题也还是可以的，与本文的论点及数学推导无关。可见最大功率赋予冲洗中的砂层以最大的冲洗流速梯度及砂粒之间的碰撞次数，无疑将有最好的

7、冲洗效果。最佳孔隙比——对应于一个最佳砂层孔隙比，将有一个最大冲洗功率，并由下列条件决定。d=0(15)-0.458m+1.313(1-m)=0(15’)因之最佳孔隙比mop=0.741(16)与之相应的最大冲洗功率Ｗs=73700d1.313(17)当d=0.0343cm时，冲洗功率0=0.40，则均匀颗粒滤层冲洗时的最佳膨胀率应为：Eop=e×100=m-m0/1-m×100=0.74-0.40/1-0.74=130%(18)一般生产滤池都采用非均匀颗粒滤层，最佳膨胀率应按砂层组成，分层计算而加和之。Ｅop=∫p=100∫p=0m-m0/1-mdP%(19

8、)或Eop=Σm1-m0/1-m1·△P1(19’)式：△P1——砂层组成百分率m1——砂层孔隙比按照滤池表面10～15cm的砂层截泥最大这一普遍现象，冲洗时，表面砂层的砂粒或者说最小砂粒，应使其膨胀后孔隙比达到0.74，即达到最佳数值。非均匀砂层膨胀后，最小粒径砂层孔隙比达到0.74时，整个砂层的膨胀率为最佳膨胀率，使最小粒径dm的砂层孔隙比mm达到0.74的冲洗水流速，可按(5)式计算，而在同一冲洗流速下不同粒径砂层孔隙比亦可因之而求得。从(5)式dm1.31·mm2.31/(1-m)0.54=d1.31·m2.31/(1-m)0.54(20)在同一冲洗流

9、速v=1.52cm/s(15.2L/S·m2)下，两不均匀颗粒滤层膨胀后的孔隙比m，膨胀比e，冲洗功率/1-m0·б式中：б——截泥比，截泥体积和砂层体积之比。e——砂层膨胀比。显然，冲洗功应与截泥量成正比：·Nt=k·(1-m)/(1-m0)б(21)式中：t——冲洗时间(s)k——比例常数，随水，水中悬浮物和砂粒三者的物理化学特性而定。它的大小表示水中悬浮物与砂粒结合的牢固程度，结合力的大小，并受到所用混凝剂、助凝剂的性质及剂量的影响。T=б/(1-m0)·k(1-m)／Fφ·v/m·N(22)将(12)式代入(22)式并乘以(5)式，将m以外各参数合并为

10、B，可得Q=vt=Bm(23)Q为单位