第课程名称：《水质工程学》周，第5讲次要摘2—3混凝动力学授课题目（章、节）本讲目的要求及重点难点：【目的要求】[重点】【难点】内容
课程名称：《水质工程学》 第 周，第 5 讲次 摘 要 授课题目（章、节） 2—3 混凝动力学 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】 【重 点】 【难 点】 内 容
【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】2-3混凝动力学是研究混凝速度，与相关条件的关系的问题1、颗粒凝聚的条件：颗粒相互碰撞（布朗运动和水素动）颗粒相互吸附（脱稳）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童聚集。（2）同向絮凝（Orthokineticflocculation）由流体运动所造成立碰撞聚集。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
【本讲课程的引入】 【本讲课程的内容】 2-3 混凝动力学 是研究混凝速度，与相关条件的关系的问题。 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）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
2、颗粒碰撞速率（NP)：可据FiKe（费克）定律导出。N,=8dDgnNp一单位体积中的颗粒在异向絮凝中的碰撞速率，次/cm3·sn一颗粒的数量浓度，个/cm3d一颗粒的直径，cmDB一布朗运动扩散系数，cm3/sKTDB=3mdvp散系数DBKTDs=3rdvpK一波兹曼（Boltzmonn）常数，1.38×10-16g.cm2/s2-kT一绝对温度kv一水的运动粘度cm2/sp一水的密度gcm-38KTn..N,p=3vp3、工作范围：颗粒粒径<1μm（大于1μm时,布朗运动停止。）4、凝聚速度：N/完全脱稳的颗粒，碰撞即凝聚NF-1/2NF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。现节段，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
2、颗粒碰撞速率（NP）： 可据 FiKe（费克）定律导出。 2 NP = 8dDBn 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 d KT DB 3 = 散系数 DB d KT DB 3 = 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·cm-3 2 3 8 Np KTn = 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。 现节段，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
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Rii=ri+ri为半径的范围内，所有颗粒均会发生碰撞。碰撞速度No为：4==n'd'GN.3Ri图15-7层流条件下题粒避撞示意G速度梯度：SAuG=Azu；△u一流速及相邻两流层的流速增量；△z一垂直水流方向两流层的间距cm。2、甘布公式：搅拌（机械搅拌、水力搅拌）环境下的碰撞公式：紊流的特点：涡旋。甘布（T.R.Camp）和斯坦（P.C.Stein）的推导。i取一隔离体△x；△y；△z。隔离体受剪而扭转，在△t时间内，转了α角。i其角速度：40A0=At4图15-8速度梯度计算图示
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 n d G 2 3 0 3 4 = G 速度梯度：S -1 z u G = 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（机械搅拌、水力搅拌）环境下的碰撞公式： 紊流的特点：涡旋。 甘布（T.R.Camp）和斯坦（P.C.Stein）的推导。 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。 ⅱ其角速度： t =
代替A0较小，可由Az则：.1=G（速度梯度）0:A AzAz△u一扭转线速度。ii转矩：△JJ=( xy) △zT△xAy面上的剪切应力。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。单位：p—W/m3A.AoT·Ax·AyAz.GL=TGP=Ar-Ay-A-Ar-Ay-A2据牛顿内摩擦定律：T=μGu一水的动力粘度Pa·S。..p=μG2V、甘布公式（Camp）：pG=,VuG一速度梯度S-1当用机械搅拌时，p由搅拌机提供：当用水力絮凝池时，p为水流本身的耗能。pV=pgOhV一水流体积V=QT；h一消耗水头；pg=代入得
Δθ较小，可由 代替 则： G z u t z l = = = 1 （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。 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 G x y z x y z G x y z J p = = = 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）: p G = G—速度梯度 S-1 当用机械搅拌时，p 由搅拌机提供； 当用水力絮凝池时， p 为水流本身的耗能。 pV = gh V—水流体积 V=QT ；h — 消耗水头； ρg =γ 代入得 z l