基于LDV测速考察风速风向对平流式沉淀池水流运动的影响

SOUTHWESTWATER&WASTEWATER西南给排水基于LDV测速考察风速风向对平流式沉淀池水流运动的影响冰白玉华，李琳，柳藤，施宏3，刘百仓。，马林伟，谢彦波(1．中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川成都610081；2．四川大学建筑与环境学院，四川成都610065；3．中国能源建设集团有限公司云南省电力设计院，云南昆明650051)摘要依据弗劳德相似准则设计制作平流式沉淀池模型，通过二维激光多普勒测速仪测量风速和池中流速，从而研究风速风向对平流式沉淀池内水流运动的影响。实验结果表明：风速风向对沉淀池内水流运动有较大影响。沿水流流动方向的速度测量结果显示：顺风时，靠近水面的水流流速明显变快，由于风对沉淀池表面水流的拉伸作用，沿池深向下，流速逐渐减小，至最小值后又逐渐增大，水面以下一定区域内产生了一个逆流的漩涡；逆风时，靠近水面的水流流速减小，甚至出现逆流，沿池深方向向下，断面的流速逐渐增大，至最大值后，又逐渐减小，水面下一定区域内出现了一个顺流的漩涡。关键词风速风向平流式沉淀池二维LDV测速目前，我国对于沉淀池的设计，根据的是浅池理论，然而，这与沉淀池实际运行情况产生了较大的偏差，这是因为实际沉淀池中水流的流态还要受到温度、沉淀池人口形式、出口形式、密度流、异重流以及风速场等许多因素的影响，从而偏离理想沉淀池的假定”。有关风场对平流式沉淀池影响的文献资料较少，但有关风生流的研究已经有了一定基础。风速风向对湖泊的影响：李一平等人口在太湖梅梁湾进行了两次野外实验，实验证明了风速对太湖的底泥有较大的扰动，其作用不可忽视。另外，李一平等人口使用数学模型对太湖中悬浮物的输移进行了模拟，并辅以实验加以验证。实验的结果表明：当日平均风速在2-8m／s之间变动时，太湖中悬浮物的再悬浮通量和风速的平均值呈正相关关系，这说明风速对太湖中悬浮物产生了扰动，风速越大，扰动越明显，太湖中的悬浮物越不容易下沉。由此可见，风场也将影响室外平流式沉淀池的沉淀过程，但其具体的影响程度还不是很清楚，因此有必要进行这方面的实验研究。★基金来源：国家自然科学基金项目(51278317)·14·SOUTHWESTWATER＆WASTEWATER西南给排水1买验装置与仪器1．1平流沉淀池模型基于弗劳德相似准则的条件，选取长度比尺=40，某原型沉淀池的设计参数为：池长LP=50m，池宽pl2，池深JD：3．5m，水深Ⅳr水深，流量QP=42000m|d==1750m3|h：0．486m3|S，流速=14ram／s，沉淀时间tp60min；则模型沉淀池尺寸如下：池长三1．25m，池宽0．3m，池深HMo_15m，水深HM水深O·075，模型流量QM0．048m／s，模型流速1；M2．21mm／s，沉淀时间tM9．49min。1．2激光多普勒测速仪(LDV)实验中采用的是TSI公司生产的激光多普勒测速仪，它是应用多普勒效应，利用激光的高相干性和高能量测量流体或固体流速的一种仪器。其基本组成为：广谱氩离子激光器、FiberlightTM多色分光器、Fiberoptic激光发射及接收光纤探头、PDM散射光束分离及光电探测系统、FSATM3500多位数字信号处理器、坐标架、示踪粒子添加系统等。1．3实验中用到的其他仪器美的Media电风扇，型号：FS40—8El，规格：400ram，额定功率：50W，生产厂商：广东美的环境电器制造有限公司；国华搅拌器，型号：JJ一1大功率电动搅拌器，生产商家：深圳市沙头角国华仪器厂。2实验方法与步骤2．1测量方法用软管将自来水水龙头与模型沉淀池的进水管连接起来，使得水灌满模型沉淀池后，沉淀池中水流逐渐趋于平稳，并从出水管中稳定流出。将二维激光多普勒测速系统(LDV)的外置光纤探头安装在模型沉淀池的一侧，打开CoherentInnova70C广谱氩离子激光器，激光束经FiberlightTM多色分光器后，产生两束波长为514．5nm的绿光和两束波长为488nm的蓝光。该激光束通过光纤探头从模型沉淀池的一侧射入沉淀池中(沉淀池为有机玻璃制作，厚度为0．5cm)，通过调整坐标架，使4束激光的焦点对准需要测量的点，即可得到该点的水平和垂直速度分量。2．2测量步骤在保证模型沉淀池内水流平稳出流以及激光多普勒测速仪准备就绪的情况下按以下步骤进行：①使用量筒和秒表在模型沉淀池的出口处测量流量，保证流量的同时，控制流量差在lml以内；②在搅拌池中投入一定量的氧化钾粉末，启动搅拌器，混合一段时间后，停止搅拌；③外加风场，使风扇与模型沉淀池沉淀区域之间的距离为0．35m，并调整风力等级；④调整坐标架位置，使4束激光对准测量点，同时控制好焦点的位置(离池壁5．0em)；⑤在计算机上打开FLOWSIZER软件，开始测量。3模型沉淀池中流速和风速测量点选取3