均质滤料过滤过程的水头损失计算模型精品

2021年2月11日发(作者：fmm)

均质滤料过滤过程的水头损失计算模型

摘要：将粒状材料组成的滤床抽象为由无数条毛细管道组成< /p>

的管束

,

将过滤过程描述为水流在毛细管 道中流动时的管壁

吸附过程，从而推导出了均质滤料过滤过程的水头损失计算

< p>
模型。

关键词：均质滤料

过滤过程

毛细管模型

水头损失

Calculation

Model

of

Head

Loss

in

the

Filtration

Process

with Uni form Media

Abstract

：

Based on the simulation of granular filter bed

by

cylindrical

capillaries

model,this

paper

described

the

filtration

as

tube

wall

adsorption

of

water

flowing

in

capillaries.

Consequently,

a

calculation

model

o

f

head

loss for filtration process with uniform media was deduced.

Keywords: uniform media

；

filtration process

；

capillaries

model

；

head loss

由粒状材料组成的滤床的过滤过程 是一个极为复杂的

过程，其水头损失还无法进行精确的计算。对于清洁滤层，

< p>
可采用利瓦

(Leva)

公式或费尔—哈奇

(Fair-Hatch)

公式进行

计算，但 当滤层在过滤过程中被浊质堵塞后，因缺乏截留浊

质在滤层中的分布规律，所以其水头损 失还无法求得。虽然

很多研究者提出了堵塞滤层的水头损失微分计算公式，但因

缺乏滤层中比沉积量σ的分布规律，因而也无法计算。实际

1

滤层中的水流流态

滤层中的水流流态，可用水流在粒 状材料孔隙内流动时

的雷诺数来判定。其定义为：

Re=

ρ

ul/

μ

(1)

式中

Re

——

u

——水流在粒状材料孔隙内流动时的流速

μ——水的动力粘性系数，

Pa

·

s

ρ——水的密度，

kg/m3

l

——水流在粒状材料孔隙内流动时的水力半径

l

为一特征长度，其定义如下：

l=

ω< /p>

/

χ

=

ε

/f

(2)

式中

ω

——

χ

——

过流断面上与水接触的固体边界 长度，即

湿周

ε

——

f

——

式< /p>

(2)

中

f

值按 下式计算：

f=6

α

( 1-

ε

)/de

(3)

de

——

α

——非 均匀颗粒的表面形状系数，是其表面积

与同体积球形颗粒表面积的比值

< br>

则雷诺数可表示为：

Re=

ρ

u l/

μ

=

ρ

u

ε

/

μ

f=< /p>

ρ

υ

/

μ

f=

ρ

υ

de/6< /p>

α

μ

(1-

ε< /p>

)

(4)

根据敏茨的试验研究证明，当

Re< /p>

＜

2.0

时，其水流在滤

层中的流态为层流。若取石英砂滤料的当量直径为

de

＝

0.8mm

，面积形状系数α＝

1. 25

，滤料的孔隙率ε＝

0.42

，水

的

体

积

质

量

ρ

＝

1000k g/m3

，

水

的

动

力

粘

性

系

数

μ

＝

0.0 01Pa

·

s

，则当水流流态为层流时 ，有：

ρυ

de/6

αμ

(1-

ε

)

＜

2.0

υ＜

2. 0

×

6

αμ

( 1-

ε

)/

ρ

de=0.0109m/s=39.2m/h

< p>
因此可认为：

当滤速接近

40m/h

时，

水流在滤层中的流

2

滤层的毛细管模型

由粒状 材料组成的滤床，内部有无数孔隙通道。水流通

过滤层的过滤过程，就是水流在滤床孔隙 内的流动过程。因

此，可将滤床看成是有无数条毛细管道组成的管束，过滤过

< p>
程就是水流在这些毛细管道中的流动过程。为了使水流在毛

细管道中的过滤 条件与实际滤床中的过滤条件相同，必须具

备：

②毛

假设滤料的孔隙率为ε，其比表面积为

f

，并设毛细管的

管径为

dm

，毛细管的管长与滤层厚度相同，单位面积滤池

拥有毛细管数为

n

，则根据上述两个条件有如下等式：

ε

=n

π

dm2/4

(5)