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黄河泥沙架桥絮凝体的分形特性研究

李冬梅  
【摘要】:以黄河高浊度水为代表的高浓度悬浊液的沉降基本属于干扰沉降现象。 传统的干扰沉降理论与公式未能说明静水与动水絮凝过程各个参数对絮体形态及其结构的影响,不能定量与真实地反映干扰沉降时的实际情况。论文运用分形数学理论把絮体的静止结构与其生长、破碎等动态过程结合起来,对黄河高浊度水的沉降规律、投加高分子絮凝剂后的絮体分形特性、生长模式及絮体构造动态演变过程作深入的研究。从而更准确地定量描述与解释絮凝过程,预测絮凝结果,有效控制整个絮凝过程的各个变量,达到最佳絮凝效果。 本文主要研究黄河泥沙与阳离子高分子聚合物絮凝形成的絮凝体的分形特性以及水力流动特性对絮凝体分形特性的影响;探讨剪切絮凝条件下高分子絮凝剂的架桥絮凝机理与絮凝体分形结构的动态演变过程;通过相同絮凝条件下高岭土颗粒及标准粒子与高分子絮凝剂的架桥絮凝实验,进一步分析探讨了黄河高浊度水架桥絮凝体的分形特性与高分子絮凝剂的吸附性能与分形行为。 泥沙絮凝体结构具有广泛意义上的自相似性。在快速与陧速搅拌阶段,絮凝体的生长机制分别以DLCA模式和RLCA模式为主。利用密度-密度相关函数基于计盒维数中的网格法理论计算不同絮凝条件下絮凝体的分维D2=1.4±0.1~1.9±0.1;利用沉降实验数据由絮凝体干质量与当量球体粒径的函数关系求出不同絮凝条件下形成的絮凝体的分维D3=1.7±0.1~2.2±0.1。 本文采用沉降技术及图像分析技术分析探讨了泥沙架桥絮凝体的分形特性,并得到表征絮凝体分形特性的各个参数(如絮凝体粒径、孔隙率、有效密度、沉速、强度等)与分数维D_3存在某种相关关系。 (1) 粒径分布: 絮凝体粒径分布曲线形状类似广义的正态分布。粒径分布扩展范围可用参数“分维D”表述。D2时,峰值的粒径扩展范围相对要窄。当分维D降低时,粒径分布范围扩宽。从沉降数据得到粒径分布与分维的函数关系为:


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