微灌石英砂滤层流态特性与分形阻力模型参数确定

石英砂是微灌过滤中常用滤料,具有多孔介质属性。该文将多孔介质模型和分形理论相结合,对3种粒径的微灌石英砂滤层的过滤过程展开研究。将Ergun型方程无量纲化,并结合试验确定了石英砂滤层的流态分区。构建了石英砂滤层清洁压降的分形阻力模型,在模型中,过滤通道曲线分形维数、滤层横截面分形维数为待定参数。为了确定二者的值,将Ergun型方程与分形阻力模型相对比,得出了Ergun型方程经验系数的分形表达式,从而确定待定参数的值。首先,结合试验数据,拟合出湍流区经验系数的值,根据经验系数的分形表达式,确定了过滤通道曲线分形维数、滤层横截面分形维数等参数,得出了湍流区分形模型的表达式。然后,以湍流流区分形参数的值为边界值,确定了Forchheimer流区过滤通道曲线分形维数表达式和滤层横截面分形维数的值,并得出了Forchheimer流区分形模型的表达式。在此基础上,分析了滤层过滤特性:1)根据Forchheimer流区过滤通道曲线分形维数的变化规律,得出了在Forchheimer流区滤层存在成熟期的结论;2)探讨了滤层最佳过滤速度和最佳清洁压降的计算方法,构建了石英砂滤层过滤性能函数,并利用过滤性能函数计算出了滤层的最佳过滤速度和最佳清洁压降。3种滤层最佳过滤速度分别为0.02、0.024和0.027 m/s,最佳清洁压降分别为6 045、9 660、14 500 Pa。研究为微灌砂过滤器运行和设计优化提供了技术依据。

微灌石英砂滤层清洁压降计算参数确定与分析

清洁压降是微灌石英砂滤层的重要指标,为了确定石英砂滤层清洁压降经验公式的计算参数,并确定最有效的过滤速度和最有效清洁压降,在对2种石英砂滤层进行清水过滤试验的基础上,利用对Ergun型方程进行无量纲化的方法,确定了石英砂滤层的流态分区。根据多孔介质流体流动特性,给出了经验系数的计算公式,并进行了试验验证。在此基础上,对清洁压降变化规律进行了分析,探讨了最有效的过滤速度和最有效清洁压降计算方法,构建了过滤效果函数,用过滤效果函数计算了最有效过滤速度与最有效阻力压降,得出2种滤层最有效的过滤速度分别为0.018 7 m/s和0.020 7 m/s,相应的最有效清洁压降分别为3 760 Pa和4 202 Pa。

富水石英砂砾层盾构施工的土体改良试验

针对某石英含量较高的富水砂砾地层地铁工程进行了系统的土体改良试验,并以室内试验的添加剂配比方案为基础进行了现场掘进应用及施工试验.结果表明:通过土体改良试验得到了最优的室内试验添加剂配比,即在天然含水率条件下泡沫注入比为10%,泥浆注入比为23%~25%;现场施工应密切关注土仓与螺旋输送机的压力平衡关系,并调整添加剂注入量,以达到防止盾构喷涌和控制刀盘载荷的目的,并使得渣土的坍落度和稠度分别保持在20cm和8cm左右.

单层石英砂滤料改为双层滤料滤池的探索

双层滤料滤池由于其含污能力高,出水水质稳定,滤速高,周期长而得到广泛应用。对供水企业现有过滤构筑物滤料级配进行技术改造,是解决城市供水紧张,降低生产成本的最佳途径之一。兰州市自来水总公司第二水厂现有十八组铺装单层石英砂滤料的普通快滤池,单池有效过滤面积120m^2,日处理过滤水48万m^3,仍不能满足兰州市日缺水10万m^3的供需矛盾。

关于单层石英砂滤料组成的讨论

本文对"室外给水设计规范"(GBJ13-86)中滤池滤料组成的规定进行了分析和讨论.在肯定了规范对最大粒径和最小粒径的规定具有可靠科学性、实用性的同时,对不均匀系数K80的规定谈了不同的看法,并提出了修改意见.

微灌石英砂过滤器反冲洗数值模拟验证与流场分析

微灌石英砂滤层的反冲洗,是实现滤料再生的有效途径,为了对反冲洗过程流场进行分析,并确定合理的反冲洗速度。该文建立了石英砂过滤器几何模型并进行了网格划分,采用Eulerian模型作为石英砂滤层反冲洗数值模拟模型,分别对石英砂当量粒径为1.06、1.2和1.5 mm的3种滤层的反冲洗过程进行了瞬态模拟,并将滤层整体压降和整体密度的模拟结果与试验结果进行对比,结果显示,整体压降的最大模拟误差为7.03%,整体密度的最大模拟误差为1.93%,说明数值模拟准确可信。在此基础上,分析了石英砂滤层反冲洗过程压降的波动规律、压降均值和压降标准偏差随反冲洗速度的变化趋势;并分析了滤层密度的分布规律、密度均值和密度标准偏差随反冲洗速度的变化趋势。根据压降波动的稳定性,结合滤层密度分布的稳定性,确定了石英砂滤层反冲洗强度的合理范围,3种滤层分别为0.0149～0.0212、0.0146～0.0218和0.0191～0.0261 m/s。该研究为石英砂滤层反冲洗过程的机理研究提供了参考,为砂过滤器反冲洗性能参数的确定提供了依据。

含水层除酚的研究

本文通过过滤柱试验，在详细地研究了人工配制的含苯酚污水经石英砂层渗滤的除酚效果的基础上，建立了石英砂层除酚的数学模型，并经工程实例验证表明：该模型不仅客观地表达了石英砂层的除酚规律，还真实地反映了含水层的除酚情况。从而解决了以受微量酚污染河水为主要补给源的河床与傍河水源井设计中的井水含酚浓度预测问题。文章还对石英砂层与含水层的除酚机制进行了探讨。

基于分形维数特征的砂滤层适宜粒径范围

为了对砂滤层过滤性能进行分析,该研究以粒径范围为1.0~1.18、>1.18~1.4和>1.4~1.7 mm的3种砂滤层为研究对象,以黄河泥沙作为原水杂质颗粒,采用激光衍射粒度分析仪测量了人民胜利渠泥沙粒度分布,得到了泥沙粒度分布的密度函数,并以兰考县黄河泥沙对泥沙粒度分布规律进行了验证。采用工业CT对3种砂滤层进行扫描,利用计算机图像处理技术,采用像素点覆盖法,自编程序计算了3种砂滤层横截面特征参数,孔隙率均值分别为0.421、0.431和0.439,计盒分形维数均值分别为1.695、1.709和1.726,截面最小孔径与最大孔径比分别为1/17、1/18和1/21,拟合了孔隙率与计盒分形维数的相关关系,分析了砂滤层分形理论适用性。建立了砂滤层过滤概率分形模型,计算了3种砂滤层孔隙直径范围,分别为59.5~1002、66.9~1220和72.9~1503μm,计算了原水中100μm以上杂质颗粒通过砂滤层的概率,对于人民胜利渠泥沙,分别为0.67%、0.81%和0.93%,对于兰考县黄河泥沙,分别为0.62%、0.80%和0.91%。从理论上证明了表层过滤的存在性,分析了表层过滤的机理及其对反冲洗频率的影响。同时,为了减轻表层过滤,粒径范围为>1.4~1.7 mm的滤层更适宜作为砂过滤器的滤料。研究可为砂滤层内部结构的研究和滤料选型提供基础理论与数据参考。

基于砂滤层内水体积分数瞬态模拟的反冲洗速度优选

为了对石英砂滤层反冲洗过程水的体积分数波动规律进行分析,并确定合理的反冲洗速度范围,该文采用数值模拟手段对滤层反冲洗过程水的体积分数进行三维动态模拟,采用Gambit软件建立了石英砂过滤器的几何模型,并对几何模型进行了网格划分,以Mixture模型做为反冲洗过程水的体积分数的数值模拟模型。以当量粒径分别为1.06、1.2和1.5 mm的3种石英砂滤层为研究对象进行动态模型。为了验证模拟结果的准确性,开展了室内模型试验,并将模拟结果与试验结果进行对比,结果显示,水的体积分数的最大模拟误差为5.64%,说明数值模拟结果是可信的。在使用模拟数据进行流场分析时,为了得出更具普遍性的结论,引入了反冲洗流化倍数的概念,最小反冲洗流化速度的倍数称为反冲洗流化倍数。在此基础上,分别分析了反冲洗流化倍数为1.1、1.3、1.5、1.7和1.9时,滤层高度分别为15、25和35 cm共3个横截面上,反冲洗过程水的体积分数随时间的变化规律。计算了水的体积分数的均值和标准偏差,分析了水的体积分数的均值和标准偏差随随反冲洗流化倍数的变化规律。在3个截面上水的体积分数均值基本相同的情况下,根据标准偏差的大小,判定滤层反冲洗的稳定性。由此得出,使反冲洗水的体积分数波动保持稳定的反冲洗流化倍数的临界值为1.7。当反冲洗流化倍数范围为1~1.7时,标准偏差适中,反冲洗效果理想。结果表明,对于均质石英砂滤层,反冲洗效果是否理想,决定因素是反冲洗流化倍数。该文可为砂过滤器的反冲洗运行机理提供参考。

基于颗粒流理论的微灌砂滤层反冲洗过程砂粒速度场模拟

砂颗粒流在石英砂滤层反冲洗流场中的速度分布,对滤层流化状态的稳定性和反冲洗效果起决定性作用。为了对滤层反冲洗过程砂颗粒的速度场进行分析,并确定最佳反冲洗速度,该文以厚度为400 mm,粒径范围为1.0～1.18 mm的石英砂滤层为研究对象,基于颗粒流运动理论,采用Eulerian-Eulerian模型对滤层反冲洗过程砂粒的速度场进行3维动态模拟。为了验证模拟结果的准确性,作者开展了室内模型试验,并将模拟结果与试验结果进行对比,结果显示,滤层膨胀高度的最大模拟误差为9.8%,能够控制在10%以内,说明数值模拟结果是可信的。在此基础上,分析了反冲洗流化倍数为1.3、1.5、1.7和1.9时,滤层高度分别为15、25和35 cm 3个横截面上,在不同的反冲洗时间,砂粒的轴向速度沿横坐标的分布规律。根据砂粒在3个横截面上运动速度的大小和方向,判断砂滤层是否达到完全流化;根据砂粒在3个横截面上运动趋势是否一致,砂粒的上升区是否保持稳定,判断滤层流化状态是否稳定。结果显示,当反冲洗流化倍数不小于1.7时,滤层才能达到稳定的流化状态,从而达到比较理想的反冲洗效果,并得出滤层最佳反冲洗流化倍数为1.7。研究结论为砂过滤器的反冲洗研究提供了理论基础和技术支撑,为反冲洗性能参数的确定提供了参考。

福建沿海泥炭的分布及其形成

本文根据对若干泥炭点的野外考察,研究了福建沿海泥炭的分布及其形成,井对其开发利用提出一些见解。

基于图像处理技术的微灌砂颗粒形状参数分析

微灌砂颗粒的形状特征,直接影响到砂滤层孔隙大小及其分布,从而对滤层过滤效果产生重要影响。为了获取砂颗粒的形状特征,采用计算机图像处理技术,以粒径范围为1.0~1.18、1.18~1.4和1.4~1.7 mm的3种滤层为研究对象,每种滤层选取16粒石英砂作为样本,采用数码相机对砂颗粒样本逐一拍照,利用C语言自编计算机程序,由砂颗粒图像提取了砂颗粒的面积、周长、外接圆半径和内切圆半径等形状系数,以此为基础,计算了砂颗粒等效直径、简化延长指数和布拉斯谢克系数。通过对砂颗粒面积、周长和等效直径等粒径参数的统计分析可知,3种砂滤层砂颗粒大小分布均匀。通过对简化延长指数和布拉斯谢克系数等延性指数的统计分析可知,砂颗粒形状特征比较稳定,总体上颗粒形态呈扁平状,形状接近长轴与短轴比值为3∶2的椭圆形,为砂滤料的选型和加工提供技术参考。

巨犀的新材料

巨犀是欧亚大陆第三纪体型庞大的奇蹄类,我国巨犀化石丰富,分布比较广,内蒙、新疆、宁夏、甘肃、云南均有发现。1984年初夏,内蒙古非金属矿地质队地质科关政和同志寄来牙齿化石数块,经修理除得较完整的大牙齿一枚外,还有一些碎块无法拼接。化石采自内蒙伊盟鄂托克旗硅矿矿区,其地理座标为东经106°50′30″,北纬39°12′14″;该地位于黄河东侧,西北距包兰线石咀山车站7公里。

基于Ergun方程的微灌砂颗粒形状系数测定方法研究

形状系数表征石英砂颗粒与理想球体的差异程度,是影响砂滤层过滤水头损失和孔隙率的重要参数。为了对砂颗粒的形状特征进行准确描述,本文采用体积和砂颗粒相同的圆球外表面积与砂颗粒外表面积之比作为砂颗粒的形状系数,以粒径范围分别为1.18~1.4 mm和1.4~1.7 mm,厚度为400 mm的2种石英砂滤层为研究对象。首先,通过开展清水过滤试验,测量了滤层过滤速度及相应压降,采用注水法测量了滤层孔隙率,根据砂颗粒平均质量,计算了砂颗粒等体积当量直径。然后,根据多孔介质中液相动量方程,结合砂滤层过滤特征,对Ergun方程进行了推导,从理论上说明了Ergun方程对砂滤层的适用性。最后,根据Ergun方程,得出了砂颗粒等比外表面积当量直径,为了消除湍流对测量结果的影响,采用湍流强度对计算结果进行修正,最终得到2种滤层砂颗粒形状系数分别为0.821和0.798,最大相对误差仅为2.44,说明计算方法可行。计算结果表明,由于砂颗粒表面流动滞缓边界层的存在,随过滤速度的增加,等比外表面积当量直径计算结果呈减小趋势。同时,随过滤速度的增加,湍流稳定性逐渐增强,湍流强度则随之减小。为保证形状系数计算结果的准确性,清水过滤试验时,过滤速度的选取,应以湍流强度不低于10为控制范围。研究结论为砂滤料的选型和加工提供了技术参考。