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水中絮凝体分形成长动态仿真技术研究

郭航  
【摘要】:絮凝是给水处理工艺的重要组成部分。絮凝工艺中形成絮体的粒度分布,结构以及强度对絮凝的最终效果以及后续工艺的运行及成本等有着直接的影响。观测评价絮体在絮凝过程中的变化,分析不同控制参数对絮凝效果的影响,是市政工程中需要研究的重要课题。絮凝工艺的影响因素众多,由于试验和检测手段的制约,使人们对絮凝机理的研究仍不是非常明确。 为了实现对絮体的成长过程的描述,人们提出了多种絮体成长模型。本文通过比较不同模型的特点,选取了有限扩散单体凝聚模型(DLA)和有限扩散集团凝聚模型(DLCA),分别在Matlab平台上进行了三维空间内虚拟絮体生长过程的仿真。在仿真过程中,首先建立了虚拟絮体的评价方法,分别对模型中絮体的形态指标做出了评价,包括絮体的回转半径,分形维数,孔隙率等。固定仿真的边界条件,研究以上两种模型中絮体成长过程中絮体形态发生的变化规律。最后将模型中的控制参数与实际絮凝工艺的影响因素联系起来,通过改变模型中的控制参数,来分析实际絮凝工艺中不同影响因素对絮凝效果的影响。在三维DLA模型中,改变的控制变量包括释放的粒子数,初始释放半径,粒子碰撞后发生粘附的几率。在三维DLCA模型中,改变的控制变量包括初始颗粒的分布,初始颗粒的数量,系统中颗粒或团簇的运动方式。 对三维DLA模型和三维DLCA模型中絮体成长过程进行对比,分析了二者的不同点,得出了三维DLCA模型要优于三维DLA模型的结论。将三维DLCA模型中得到的三维絮体图像进行了不同角度的二维投影,通过分析验证了实际絮凝过程中二维影像检测的合理性。在不同的运行工况下,分析实际絮凝过程中水体中颗粒物的数量和粒度分形维数随絮凝时间的变化规律,与三维DLCA仿真中得出的结论对比,验证了三维DLCA型的合理性,并进行了修正。


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