污水排海擴散器優(yōu)化設(shè)計論文名稱：污水排海擴散器優(yōu)化設(shè)計

作者：趙毅山韋鶴平鄧曉林

摘要：結(jié)合上海市污水治理二期工程，介紹排海工程中擴散器水力計算的新方法，通過控制擴散器三通及噴頭局部阻力系數(shù)，使各上升管出流量不均勻分配，數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果與物理模型實測值非常吻合。

關(guān)鍵字：污水排海擴散器非均勻分配數(shù)模計算上海市污水治理二期工程是我國迄今為止最大的污水治理工程，建設(shè)此項工程的主要目的是為了減緩黃浦江上游水質(zhì)污染。該工程設(shè)計旱流污水量為170×10.4t/d，污水經(jīng)預(yù)處理后排入長江口白龍港流域。

排放口初步設(shè)計方案利用管徑4200mm放流管將170×10.4t/d污水通過202.5m長的擴散器潛沒多孔均勻排入白龍港水域，排放口水域5年一遇設(shè)計水位為5.18m，最低水位-0.6m，上升管噴口頂部高程為-3.257～-6.537m。在白龍港排放口位置、放流管長度、擴散器長度及水深、水文等外界環(huán)境條件都已確定的條件下為了充分利用排放口的水流條件和環(huán)境水體的稀釋能力，提高近區(qū)初始稀釋度，要對初步設(shè)計方案進行優(yōu)化，將擴散器多根上升管(見圖1)流量不均勻分配，即近岸上升管分配以較少的污水量，離岸上升管分配以較多的污水量，且使水頭損失合理。通過多方案多工況的數(shù)值模擬，得到擴散器最佳形式。1公式建立建立擴散管0-0斷面與第i根上升管的伯努利方程(見圖1)：

式中Qi---擴散管內(nèi)流量

di---上升管直徑

qi---上升管流量

ai---上升管面積

D---擴散管直徑

A---擴散管面積

L---兩上升管之間的擴散管長

l---上升管長ζi,i為擴散管水流進入上升管的阻力系數(shù)，即三通阻力系數(shù)，是通過物理模型試驗獲得的[1]，三通的局阻為ζi,i乘擴散管流速水頭，即ΔH三通=ζi,i×(v擴散器2/2g)ζi為噴頭淹沒流阻力系數(shù)；噴頭的局阻為ζi乘上升管流速水頭，即

由于已知三通及噴頭的局部阻力系數(shù)，進行擴散器的水力模型計算時，先假定第一根上升管的出流量，根據(jù)方程組(3)算出各個上升管的出流量，如果算出的上升管總流量與實際流量不符合，則對第一根上升管的出流量按一定規(guī)律重新假定，再重新進行計算，直到算出總流量與實際總流量誤差在一定范圍以內(nèi)。2計算框圖由上述數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)，根據(jù)公式(3)編制計算程序，其計算框圖如圖2。3數(shù)學(xué)模型驗證利用物理模型試驗數(shù)據(jù)對數(shù)學(xué)模型進行驗證，其中實測各上升管流量、水頭損失以及計算各上升管流量、水頭損失如圖3所示。由圖3可以看出，各上升管出流量呈不均勻分配，即近岸上升管出流量小，遠岸上升管出流量大；數(shù)學(xué)模型計算值與實測值非常吻合，兩者誤差在10％以內(nèi)，說明數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果是可信的，可以用于擴散器水力計算。4優(yōu)化設(shè)計方案之一擴散器直徑為1.1m的上升管共11根，每只噴頭分別設(shè)噴口8mm×290mm(1排)三只、16mm×250mm(2排)四只以及16mm×270mm(2排)四只，計算結(jié)果如圖4所示。5結(jié)論①通過控制擴散器三通及噴頭局部阻力系數(shù)，可以達到各上升管不均勻出流；流量分配格局可以通過改變噴頭噴口個數(shù)以及噴頭噴口孔徑作有效的控制，在上升管管徑不變的情況下，改變噴頭形式是控制上升管流量有效和可行的方法；噴口孔徑越小、噴口個數(shù)越少，相應(yīng)上升管出流量越小。

②利用物理模型對數(shù)學(xué)模型進行驗證，發(fā)現(xiàn)計算值與實測值吻合。在大部分情況下，計算的上升管出流量與實測的上升管出流量誤差在10％以內(nèi)，有的甚至達到5％左右，即數(shù)學(xué)模型是可靠的。

③優(yōu)化設(shè)計方案實現(xiàn)了上升管流量不均勻分配；水頭損失、噴頭射流速度、擴散器內(nèi)水力條件與原設(shè)計基本上一致，即防止海水入侵的條件基本相似。參考文獻1韋鶴平，趙毅山等.上海市污水治理二期工程優(yōu)化擴散器工程參數(shù)研究報告.上海：同濟大學(xué)環(huán)境學(xué)院，1998

2徐正凡等.水力學(xué).北京：高等教育出版社，1986

3張永良等.污水海洋處置技術(shù)指南.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1996

4DonJWordetal.Modelingpipenetworksdominatedbyjunctions.JoumalofHydraulicEngineering,1993；119(8)

5RichardL,Stockstille