① 变孔距法 变孔距法是将配水槽分为变宽段和等宽段,配水槽宽度在变宽段沿程逐渐减少直至等宽段,这样环槽水流在槽内流速基本保持不变,从而最大限度地降低环槽流速。槽内水深在变宽段沿程减少,到达等宽段后由于壅水现象水深又沿程微增。为了防止污泥在槽内因流速过小而沉积,应按最小时流量和最小允许流速确定配水槽起始宽度,使得任何流量下流速v都能大于最小流速。按平均时算槽内各点水深并绘出相应的水面曲线图,以水面曲线 落差(dh)约1cm将水面曲线分为若干段,计算出每一段内的平均配水头和单孔泄流量,最后计算出每一段的平均孔距和孔数。 ② 等孔距法 等孔距法与变孔距法以提高配水均匀稳定性为目标、最大限度降低环槽流速的设计思路不同,它强调保持槽内水深沿程不变(即h=h0),水面沿程为水平线,槽内外水位差沿程不变,由此可知配水槽内各点配水头也沿程不变。由孔口出流量q=μa(2gz)1/2可得各孔出流量都相等,孔口数m=q0/q,配水孔平均间距c=l0/m(常数)。 ③ 两种方法比较 采用等孔距法设计的配水槽布水孔沿池周均匀分布并与池中心对称,几何特性好,但二沉池配水槽内的水流运动属于缓流,其fr=v/(gl)1/2<1,由此可见水流动能沿程减少,势能必然增加,但其增加的速率比机械能损失量快,于是出现了流量沿程减少而 水流沿程壅高,这和配水均匀性相矛盾。因此必须沿程增加槽宽或变化槽底坡度以减少壅水高度δh。考虑到施工方便,一般采用改变槽宽来保持水深沿程不变。但由于壅水曲线 不是直线变化,而是沿程变化复杂,因此不易保证施工精度。另外槽内流速沿程减少,不利于在保证速度vmin≥0.3m/s的前提下降低速度v,当取末端流速为0.3m/s时,前端流速>0.3m/s,而且越靠近起点流速越大,因而受施工精度、流量变化影响较大,配水均匀稳定性较差。 变孔距法虽没有等孔距法几何对称的优点,但它能够最大限度地降低流速使得计算结果与实际相符合。配水槽变宽段的槽宽沿直线变化,施工容易,而且配水均匀基本不受日常流量变化的影响,因此变孔距法较等孔距法配水的稳定性和可靠性都会增强。
2 配水槽变孔距法的设计计算
① 配水槽宽度b计算 为了防止混合液在配水槽内发生淤积,环槽流速不应低于0.3m/s[1]。为方便施工,配水槽底宜采用平底,布水孔的孔径要一样大,槽宽不宜小于0.3m。因此令变宽段vm0=0.3m/s,等宽段b=0.3m,按最小流量qm确定配水槽宽度得: 变宽段长度lc=(1-0.3/b0)l0,等宽段长度le=0.3/b0l0。 ② 布水孔间距 按平均时流量qh确定布水孔间距,把式(1)代入能量微分方程,且因流速v较小,将gh-v2≈gh,则能量微分方程可化为:
则计算配水槽进水流量为0.5225m3/s。 平均流量qi=mi×(qi/li)。 计算结果的影响因素分析: ① 配水槽中水流除受重力、浮力和阻力作用外,同时受到离心力的作用而产生螺旋流,水流紊动加大使布水孔的流量减少,造成实际情况与计算有一定的差异。在沉淀池直径较大、配水槽内水流流速较小的情况下,计算结果才比较接近实际; ② 配水槽中的粗糙系数n一般在0.012~0.014之间,不容易精确估计,因而也会给计算结果带来一定的误差; ③ 实际水流环槽圆周流动且流动中沿布水孔泄流,属于明渠非均匀流,但计算中将它简化为直线渐变流,因而造成一定的误差; ④ 计算中认为配水槽断面上各点流速大小相等,但实际中由于液体的粘滞性和池壁的阻滞作用及离心力作用,断面上各点流速大小不相等,水流最大流速偏向槽外缘。鉴于这种情况,只有在水流平均流速较小、池直径较大时,实际同理想状态才比较一致。
4 结论
① 变孔距法配水的稳定性和可靠性比等孔距法好,基本不受日常流量变化影响,且能够很好满足配水均匀性的要求。 ② 变孔距法强调流速基本不变,能够最大限度降低环槽流速,使计算结果与实际情况更加吻合。 ③ 采用变孔距法设计配水槽时,槽宽沿程直线变化,易施工,而且可以把配水槽和集水槽合建,总宽度沿程不变。