專利名稱：絮凝反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理設(shè)備，尤其涉及一種速度梯度連續(xù)變化螺旋流槽絮凝反應(yīng) 器。
背景技術(shù)：
絮凝過程是絮體顆粒逐步長大的過程。在絮凝反應(yīng)器中速度梯度起著兩種相反的 作用，較大的速度梯度對(duì)應(yīng)較大的碰撞頻率進(jìn)而促進(jìn)顆粒的長大，同時(shí)速度梯度的增加也 使大尺度顆粒的破碎機(jī)率增加。 現(xiàn)有的絮凝反應(yīng)器，如往復(fù)式絮凝反應(yīng)器、回轉(zhuǎn)式絮凝反應(yīng)器和折板式絮凝反應(yīng) 器等都是通過絮凝反應(yīng)器的不同構(gòu)造，來改變水流的流速和方向來起到絮凝效果的。但由 于這類絮凝反應(yīng)器的速度梯度存在較大波動(dòng)，變化趨勢呈波浪形或折線型變化，這就造成 現(xiàn)有絮凝反應(yīng)器在轉(zhuǎn)彎或過水?dāng)嗝孑^小處的速度梯度很大，而在平直管段或過水?dāng)嗝孑^大 處的速度梯度很小。尤其在絮凝反應(yīng)后期，顆粒的尺度較大時(shí)，在速度梯度很大的拐角或過 水?dāng)嗝孑^小處無疑會(huì)增加大顆粒的破碎，最終導(dǎo)致絮凝效果的下降。這就帶來現(xiàn)有的絮凝 反應(yīng)器能耗高且反應(yīng)時(shí)間長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種絮凝反應(yīng)器，該絮凝反應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)水流速度梯度連 續(xù)變化，以降低絮凝反應(yīng)的能耗，縮短反應(yīng)時(shí)間。 本發(fā)明為一種絮凝反應(yīng)器，包括進(jìn)水口 、出水口 、位于所述進(jìn)水口與所述出水口之
間的反應(yīng)器本體，所述反應(yīng)器本體包括一個(gè)寬度連續(xù)變化的螺旋流槽，所述寬度連續(xù)變化
的螺旋流槽用于使所述絮凝反應(yīng)器中水流速度的梯度連續(xù)變化且逐漸減小。 上述絮凝反應(yīng)器，優(yōu)選所述螺旋流槽的寬度沿進(jìn)水口至出水口方向螺旋增大。 上述絮凝反應(yīng)器，優(yōu)選所述流槽的壁是為水平螺旋線，其半徑沿進(jìn)水口至出水口
方向逐漸變大，所述水平螺旋線根據(jù)圓錐的螺旋線之水平投影確定。 上述絮凝反應(yīng)器，優(yōu)選所述螺旋流槽的寬度沿進(jìn)水口至出水口方向螺旋增大，所 述流槽的寬度依據(jù)下式確定<formula>formula see original document page 3</formula> 其中，Ar為螺旋流槽的寬度，單位m; e為極坐標(biāo)角變量，單位rad ; a 。為所述圓 錐頂角的一半，單位rad ; 13為螺旋角，單位rad ; P 。為圓錐螺旋線初始矢徑，單位m ;通過 調(diào)整P、 P。和a。的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)所述絮凝反應(yīng)器中水流速度的梯度逐漸減小的連續(xù)變化規(guī) 律符合絮凝動(dòng)力學(xué)的要求。在具體某個(gè)螺旋反應(yīng)器中P、P。和a。均為常數(shù)。例如設(shè)計(jì)一 個(gè)進(jìn)水流量是20000mVd的反應(yīng)器，進(jìn)水口水深是2. 2m的螺旋絮凝反應(yīng)器，所得的P 、 P 。 和a。分別為73° 、2. 5m和12° 。 上述絮凝反應(yīng)器，優(yōu)選所述進(jìn)水口、所述出水口和所述反應(yīng)器本體由板形材料加
在本發(fā)明的絮凝反應(yīng)器中，由于螺旋流槽寬度的逐漸增大，使絮凝反應(yīng)器中水流 速度的梯度連續(xù)變化，而這種變化近似符合混凝動(dòng)力學(xué)對(duì)速度梯度變化的要求，既可以滿 足顆粒的快速增長也能減少大尺度顆粒的破碎，在提高了絮凝效果的同時(shí)降低了能耗和反 應(yīng)時(shí)間。


圖1為本發(fā)明絮凝反應(yīng)器實(shí)施例的俯視圖； 圖2A為三維圓錐螺旋線與螺旋絮凝反應(yīng)器流槽壁的水平螺旋線關(guān)系示意圖；
圖2B為圖2A中相關(guān)參數(shù)的示意圖； 圖3為本發(fā)明絮凝反應(yīng)器實(shí)施例中，螺旋流槽寬度變化示意具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 參照?qǐng)D1，圖1為本發(fā)明絮凝反應(yīng)器實(shí)施例的俯視圖。本發(fā)明絮凝反應(yīng)器包括進(jìn)水 口 1、出水口 2、位于所述進(jìn)水口 1與出水口 2之間的反應(yīng)器本體，反應(yīng)器本體包括一個(gè)連續(xù) 的流槽3，流槽3的寬度沿進(jìn)水口 l至出水口2向逐漸增加。流槽3由兩個(gè)流槽壁4圍成。 一個(gè)寬度連續(xù)變化的流槽3用于使所述絮凝反應(yīng)器中水流速度的梯度實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化。
由于流槽寬度的逐漸增大，使絮凝反應(yīng)器中水流速度的梯度連續(xù)變化。
在具體實(shí)施時(shí)，流槽3寬度沿進(jìn)水口 1至出水口 2向按螺旋規(guī)律增大，其中，圓錐 螺旋線依據(jù)如下螺旋線方程確定 x = sin or0 cos 0 _y = yOsincir0 sinP z = p cos "0
= A exp
sin a,
妙 方程組(1)所表示的螺旋線示意圖見圖2A、圖2B。反應(yīng)器流槽壁即為方程組(1)
所表示的空間螺旋線的水平投影
、r = p0 sin a0 exp
sm"0
(2) 式中，y為極坐標(biāo)極徑。式(2)的圖形見圖3。
所述流槽的寬度隨極坐標(biāo)角度變化 Ar = p0sina0
exp
_cxp
sm 0
<9
(3) 其中Ar-為流槽的寬度，單位m ;
9 _為極坐標(biāo)角度，單位rad ; a。-為圓錐頂角的一半，單位rad;
4

P-為螺旋角，單位rad;
P 。-為圓錐螺旋曲線初始矢徑，單位m ; 在具體每個(gè)螺旋絮凝反應(yīng)器中，I3、P。和a。均為常數(shù)。在設(shè)計(jì)過程中，通過調(diào)整 P 、 P 。和a 。的數(shù)值使按照水力學(xué)原理計(jì)算得到的流槽的水流速度梯度隨時(shí)間的變化規(guī)律 向絮凝動(dòng)力學(xué)中速度梯度的變化規(guī)律擬合。換句話說，通過調(diào)整13 、 P 。和a 。的數(shù)值，使寬 度由方程(3)所表示的水平螺旋流槽的速度梯度最大限度的接近絮凝動(dòng)力學(xué)中速度梯度 的變化規(guī)律。即，通過曲線擬合的方式，確定三維圓錐螺線的三個(gè)參數(shù)P、 P。和a。，也就 確定了平面螺旋線的參數(shù)，從而確定了絮凝反應(yīng)器中的流槽。 例如，在實(shí)際確定流槽壁水平螺旋線的過程中，絮凝動(dòng)力學(xué)中速度梯度的變化規(guī) 律可以設(shè)定為如方程(4)所示 式中T-時(shí)間，單位為S ; G。_初始速度梯度，單位為S—1 ; G-T時(shí)刻的速度梯度，單位為S—1 ; KSBS_速度梯度衰減系數(shù)，單位為s—1 ; 速度梯度G可按下式計(jì)算 其中，g-為重力加速度，9. 81m7s ; h-為水頭損失，在給定的參數(shù)13、 P。和a。數(shù)值下，通過水力學(xué)計(jì)算得到；單位 v-為水的運(yùn)動(dòng)粘滯性系數(shù)，單位m7s ;
t-為水的流行時(shí)間，單位s ; 例如，設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)水是20000mVd的螺旋絮凝反應(yīng)器，設(shè)進(jìn)口水深為2. 2m，采用G。 =200s—、 KSBS = 0.01s—、通過水力學(xué)計(jì)算，所得的使螺旋絮凝反應(yīng)器速度梯度連續(xù)變化規(guī) 律與式(3)的速度梯度變化規(guī)律最為接近的13、 P。禾P a。值分別為73。 、2.5m和12。。
需要說明的是，絮凝動(dòng)力學(xué)要求的速度梯度變化規(guī)律的計(jì)算公式并不限于式(4)， 在此只是一個(gè)優(yōu)選示例。只要能夠滿足流槽寬度沿進(jìn)水口至出水口方向螺旋逐漸均勻增 大，且滿足混凝動(dòng)力學(xué)對(duì)速度梯度不斷遞減的規(guī)律，即可滿足本發(fā)明的基本的發(fā)明目的。
參照?qǐng)D3，圖3為本發(fā)明絮凝反應(yīng)器實(shí)施例中，螺旋流槽極徑變化示意圖。該圖中，
以進(jìn)水口的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。從圖中可以看出流槽的寬度的變化。該圖根據(jù)上述螺旋線方 程和絮凝動(dòng)力學(xué)理論畫出的，根據(jù)這種趨勢設(shè)計(jì)的新型絮凝反應(yīng)器具有速度梯度連續(xù)變
化、能耗低、反應(yīng)時(shí)間短和絮凝效果很好等優(yōu)點(diǎn)，能夠促使絮凝顆粒的快速長大，而又降低 了顆粒的破碎，是一種高效的絮凝反應(yīng)器。 綜上所述，本發(fā)明絮凝反應(yīng)器中，由于流槽寬度的逐漸增大，使絮凝反應(yīng)器中水流 速度的梯度連續(xù)變化，而這種變化近似符合混凝動(dòng)力學(xué)對(duì)速度梯度變化的要求，既可以滿 足顆粒的快速增長也能減少大尺度顆粒的破碎，在提高了絮凝效果的同時(shí)降低了能耗和反 應(yīng)時(shí)間。
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以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種絮凝反應(yīng)器詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本 發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及 其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng) 用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種絮凝反應(yīng)器，包括進(jìn)水口、出水口、位于所述進(jìn)水口與所述出水口之間的反應(yīng)器本體，其特征在于，所述反應(yīng)器本體包括一個(gè)寬度連續(xù)變化的螺旋流槽，所述寬度連續(xù)變化的螺旋流槽用于使所述絮凝反應(yīng)器中水流速度的梯度連續(xù)變化且逐漸減小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絮凝反應(yīng)器，其特征在于，所述流槽的寬度沿進(jìn)水口至出水 口方向螺旋增大。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的絮凝反應(yīng)器，其特征在于，所述流槽的壁是為水平螺旋線，其 極坐標(biāo)極徑沿進(jìn)水口至出水口方向逐漸變大，所述水平螺旋線根據(jù)圓錐螺旋線的水平投影 確定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的絮凝反應(yīng)器，其特征在于，所述流槽的寬度沿進(jìn)水口至出水口方向螺旋增大，所述螺旋流槽的寬度依據(jù)下式確定= /90 sin "oexp(0人其中，Ar為螺旋流槽的寬度，單位m ; e為極坐標(biāo)角變量，單位rad ; a 。為所述圓錐頂 角的一半，單位rad ; 13為螺旋角，單位rad ; P 。為所述圓錐螺旋線初始矢徑，單位m。通過調(diào)整13 、 P 。和a 。的數(shù)值使螺旋流槽的水流速度梯度隨時(shí)間的變化規(guī)律最大限度 地接近絮凝動(dòng)力學(xué)中速度梯度的變化規(guī)律。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絮凝反應(yīng)器，其特征在于，所述進(jìn)水口、所述出水口和所述反 應(yīng)器本體由板形材料加工制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種絮凝反應(yīng)器，包括進(jìn)水口、出水口、位于所述進(jìn)水口與所述出水口之間的反應(yīng)器本體，所述反應(yīng)器本體包括一個(gè)寬度連續(xù)變化的螺旋流槽，所述寬度連續(xù)變化的螺旋流槽用于使所述絮凝反應(yīng)器中水流速度的梯度連續(xù)變化且逐漸減小。本發(fā)明設(shè)計(jì)的絮凝反應(yīng)器符合混凝動(dòng)力學(xué)對(duì)速度梯度變化的要求，既可以滿足顆粒的快速增長也能減少大尺度顆粒的破碎，在提高了絮凝效果的同時(shí)降低了能耗和反應(yīng)時(shí)間。
文檔編號(hào)C02F1/52GK101786706SQ20101011075
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者年躍剛, 趙宗升 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)