《水质工程学》课程教学资源（PPT课件）15—3混凝动力学

15-3混凝动力学是研究混凝速度，与相关条件关系的学问

15-3混凝动力学 是研究混凝速度，与相关条件 关系的学问

素1、颗粒凝聚的条件：颗粒相互碰撞（布朗运动和水紊动）颗粒相互吸附（脱稳）率2、碰撞动力：（1）布朗运动：异向絮凝（Perikineticflocculation）：由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集（2）流体运动：同向絮凝（Orthokinetic flocculation）：流体运动所造成的颗粒碰撞聚集，素一、异向絮凝：素1、絮凝的过程：使颗粒的数量浓度减少。而颗粒的质量浓度不变。只是许多小颗粒凝聚成少量的大颗粒

 1、颗粒凝聚的条件：  颗粒相互碰撞（布朗运动和水紊动）  颗粒相互吸附（脱稳）  2、碰撞动力：  （1）布朗运动：  异向絮凝（Perikinetic flocculation）：由布 朗运动所造成的颗粒碰撞聚集。  （2）流体运动：  同向絮凝（Orthokinetic flocculation） ：由 流体运动所造成的颗粒碰撞聚集。  一、异向絮凝:  1、絮凝的过程：使颗粒的数量浓度减少。而 颗粒的质量浓度不变。 只是许多小颗粒凝聚成少量的大颗粒。 `

素2、颗粒碰撞速率（Np）:可据Fick（费克）定律导出，Np =8元dDpnNp一单位体积中的颗粒在异向絮凝中的碰撞速率，次/cm3.s n一颗粒的数量浓度，个/ cm3 d一颗粒的直径，cm D一布朗运动扩散系数，cm3/sKTDB = 3πdvp

 2、颗粒碰撞速率（NP）：  可据Fick（费克）定律导出。  NP—单位体积中的颗粒在异向絮凝中 的碰撞速率，次/cm3·s  n—颗粒的数量浓度， 个/ cm3  d—颗粒的直径， cm  DB—布朗运动扩散系数， cm3 /s 2 NP = 8dDB n d KT DB 3 = `

KT*扩散系数D：LDB73元d vp?人-素K一波兹曼（Boltzmonn）常数,1.38 X 10-16g:cm2/s2.k素T一绝对温度k素V一水的运动粘度cm?/s素p一水的密度g/cm38KTnN3vp

 扩散系数DB  K—波兹曼（Boltzmonn）常数, 1.38×10-16g·cm2 /s2·k  T—绝对温度k  ν—水的运动粘度cm2 /s  ρ—水的密度 g/cm3 d KT DB 3 = 2 3 8 Np KTn    = `

素 3、工作范围：颗粒粒径<1um(大于1um时,布朗运动停止。）素 4、凝聚速度：N素完全脱稳的颗粒，碰撞即凝聚N,= - 1/2N.善素二、同向絮凝：我们平常所谓的絮凝就是同向絮凝。二异向絮凝作用非常的小。因为仅靠布朗运动，颗粒的聚凝速度太慢现阶段，由于絮凝理论不成熟，都是以实验为基础。混凝是在搅拌（紊流条件下进行，而理论是层流理论。与实际有一定出入

 3、工作范围：颗粒粒径<1μm (大于 1μm时,布朗运动停止。)  4、凝聚速度：Nf  完全脱稳的颗粒，碰撞即凝聚  Nf= －1/2NP  二、同向絮凝：  我们平常所谓的絮凝就是同向絮凝。 异向絮凝作用非常的小。因为仅靠布朗 运动，颗粒的聚凝速度太慢。  现阶段，由于絮凝理论不成熟，都是以 实验为基础。混凝是在搅拌（紊流条件） 下进行，而理论是层流理论。与实际有 一定出入。 `

素1、层流碰撞公式：素设水中颗粒为均匀球体，颗径d;=d;=d以j颗粒中心为圆心，以R=r;+r为半径的范围内，所有颗粒均会发生碰撞素碰撞速度N.为4N。=三n?d'G3n颗粒的数量浓度。G速度梯度：S-1△u图15-7层流条件下颗粒碰撞示意G=△z

 1、层流碰撞公式：  设水中颗粒为均匀球体，颗径di=dj=d 以j颗粒中心为圆心，以Rij=ri+rj为半径 的范围内，所有颗粒均会发生碰撞。  碰撞速度N0为：  n颗粒的数量浓度。  G速度梯度：S-1 z u G   = N n d G 2 3 0 3 4 = ri rj `

u：△u一流速及相邻两流层的流速增量素△Az一垂直水流方向两流层的间距cm。素2、甘布公式：素搅拌环境下的碰撞公式（机械搅拌、水力搅拌）：紊流的特点：涡旋，甘布（T.R.Camp）和斯坦（P.C.Stein的公式推导i取一隔离体△x；△y；△z。素隔离体受剪而扭转，在△时间内，转了0角

 u；Δu—流速及相邻两流层的流速增量；  Δz—垂直水流方向两流层的间距㎝ 。  2、甘布公式：  搅拌环境下的碰撞公式（机械搅拌、 水力搅拌） ：  紊流的特点：涡旋。  甘布（T.R.Camp）和斯坦（P.C.Stein） 的公式推导。  ⅰ取一隔离体Δx；Δy；Δz。  隔离体受剪而扭转，在Δt时间内，转了 θ角。 `

崇ii其角速度：?L扭转方向P4940A0 :△tx△较小，可由 代替图15~8速度梯度计算图示Az△11AuG0* 则：（速度梯度）AzAz△t △u一扭转线速度。iii 转矩：△J素 △J=(△x△y)△z素一△x△y面上的剪切应力

 ⅱ 其角速度：  Δθ较小，可由  代替  则： （速度梯度）  Δu—扭转线速度。  ⅲ 转矩： Δ J  ΔJ=(τΔxΔy)Δz  τ—Δx Δy面上的剪切应力。 t   =   z l   G z u t z l =   =     = 1  `

iv单位体积扭转所耗功率p：等于转矩△J与角速度的乘积，再除以体积素单位：pW/m3△J.△0T: Ax: Ay.AzGTGp=Ax : Ay: AzAx · Ay: Az囊据牛顿内摩擦定律：T=μG μ一水的动力粘度Pa·S*.p=μG2p素v、甘布公式（Camp）:G=u册 G一速度梯度 S-1

 ⅳ单位体积扭转所耗功率p：等于转矩 ΔJ与角速度的乘积，再除以体积。  单位：p—W/m3  据牛顿内摩擦定律： τ =μG  μ—水的动力粘度 Pa·S。  ∴p=μG2  ⅴ、甘布公式（Camp）:  G—速度梯度 S-1 G x y z x y z G x y z J p    =        =      =  p G = `

当用机械搅拌时，p由搅拌机械提供：当用水力絮凝池时，p为水流本身的耗能p V = pg Oh素V一水流体积V=OT：h一消耗水头：代入得* pg =vi、甘布公式PgQhghghG:V:THOTg一重力加速度：9.8m/s2h一混凝设备中的水头损失（mH,O）v一水的运动粘度m?/s，工一水流在池中的停留时间S

 当用机械搅拌时，p由搅拌机械提供；  当用水力絮凝池时， p为水流本身的耗能。  V—水流体积 V=QT ；h — 消耗水头；  ρg =γ 代入得  ⅵ、甘布公式：  g—重力加速度：9.8m/s 2  h—混凝设备中的水头损失（mH2O）  v—水的运动粘度 m2 /s  T—水流在池中的停留时间 s pV = gh T gh T gh QT gQh G  =  = =      `