基于DLA/DLCA的絮体破碎及再形成过程模拟研究
发布时间:2021-10-23 01:50
在水处理过程中,混凝是必不可少的一环,其中心任务是形成粒径、结构和强度适宜且容易沉降的絮体。长期以来,大量学者对该过程中不同控制参数条件下生成絮体的形态演变过程开展了研究。但由于絮体形成过程的影响因素众多,如其所在的环境以及混凝剂种类等,同时受制于试验手段和设备,目前为止鲜见对絮体形态演变机理进行全面系统研究的报道。本文以计算机模拟为主要研究手段,分别在有限扩散凝聚(DLA)模型和有限扩散集团凝聚(DLCA)模型的基础上,开展絮体凝聚、破碎及再形成过程的模拟研究。同时开展混凝搅拌试验,尝试与模型中的模拟结果进行对比,并将模拟结果和实际絮凝过程相结合。在计算机模拟过程中,引入分形理论对絮体形态进行研究并借助分形维数对絮体结构进行定量描述,同时在传统模型的基础上增加对破碎行为的模拟,以期从全新的角度研究絮凝过程中絮体的形态特性演变特征,探讨絮体分形成长机制。在MATLAB平台上,借助改进后的DLA模型,并且在模拟过程中考虑改变总凝聚粒子数、粒子来源、粘结方式、粒子运动范围和粘附几率等条件下分别实现了絮体的凝聚、破碎及再形成过程的可视化,并且借助特定算法对絮体的粒度、回转半径、空隙率和分形维...
【文章来源】:湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:132 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 絮凝基本理论
1.2.1 基本概念
1.2.2 絮凝动力学
1.3 絮凝形态学研究现状
1.3.1 分形理论概述
1.3.2 絮体的分形特征
1.3.3 颗粒碰撞凝聚模型
1.3.4 絮体破碎与恢复
1.4 絮体分形成长模型的应用现状
1.5 课题来源及技术路线
1.5.1 课题来源
1.5.2 研究的技术路线
1.6 主要研究内容
第2章 模拟的理论基础及平台构建
2.1 模拟平台
2.2 模拟机制与过程实现
2.2.1 絮体凝聚过程模拟
2.2.2 絮体破碎及再形成过程模拟
2.3 虚拟絮体形态的表征
2.3.1 絮体回转半径
2.3.2 絮体空隙率
2.3.3 絮体分形维数
2.3.4 絮体各向特征长度
2.4 模拟条件及方案设计
2.4.1 DLA模拟条件设置
2.4.2 DLCA模拟条件设置
2.4.3 模拟结果随机性处理
第3章 DLA/DLCA虚拟絮体分形聚集的数值模拟
3.1 引言
3.2 DLA絮体凝聚模拟
3.2.1 总凝聚粒子数对絮体形态的影响
3.2.2 粒子来源对絮体形态的影响
3.2.3 粘结方式对絮体形态的影响
3.2.4 粒子可运动区域对絮体形态的影响
3.2.5 粘附几率对絮体形态的影响
3.3 DLCA絮体凝聚模拟
3.3.1 总凝聚粒子数对絮体形态的影响
3.3.2 粒子运动边界大小对絮体形态的影响
3.3.3 粒子粘附几率对絮体形态的影响
3.3.4 粒子密度对絮体形态的影响
3.4 两种模型絮体凝聚模拟过程对比
3.4.1 絮体形态演变过程对比
3.4.2 絮体统计特性对比
3.5 本章小结
第4章 DLA/DLCA虚拟絮体破碎及再形成过程模拟
4.1 引言
4.2 破碎行为对DLA虚拟絮体形态的影响分析
4.2.1 破碎前、破碎后和再形成后虚拟絮体的形态演变特征
4.2.2 破碎前、破碎后和再形成后虚拟絮体统计特性演变
4.3 破碎行为对DLCA虚拟絮体形态的影响分析
4.3.1 破碎前、破碎后和再形成后虚拟絮体的形态演变特征
4.3.2 破碎前、破碎后和再形成后虚拟絮体统计特性演变
4.4 两种模型絮体破碎再形成模拟过程对比
4.4.1 破碎前、破碎后及再形成絮体形态特征对比
4.4.2 破碎前、破碎后及再形成絮体统计特性对比
4.5 本章小结
第5章 模拟验证及絮体分形成长机制的试验分析
5.1 引言
5.2 试验材料和设备
5.2.1 方形反应器几何尺寸
5.2.2 试验水样和絮凝剂
5.2.3 絮体形态原位在线检测系统
5.3 试验方法和步骤
5.3.1 絮凝剂最佳投量确定
5.3.2 试验开展步骤
5.4 结果与讨论
5.4.1 不同挡板宽度时絮体成长过程的变化
5.4.2 不同高宽比时絮体成长过程的变化
5.5 本章小结
结论
参考文献
附录 A(攻读硕士学位期间发表的论文)
致谢
本文编号:3452239
【文章来源】:湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:132 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 絮凝基本理论
1.2.1 基本概念
1.2.2 絮凝动力学
1.3 絮凝形态学研究现状
1.3.1 分形理论概述
1.3.2 絮体的分形特征
1.3.3 颗粒碰撞凝聚模型
1.3.4 絮体破碎与恢复
1.4 絮体分形成长模型的应用现状
1.5 课题来源及技术路线
1.5.1 课题来源
1.5.2 研究的技术路线
1.6 主要研究内容
第2章 模拟的理论基础及平台构建
2.1 模拟平台
2.2 模拟机制与过程实现
2.2.1 絮体凝聚过程模拟
2.2.2 絮体破碎及再形成过程模拟
2.3 虚拟絮体形态的表征
2.3.1 絮体回转半径
2.3.2 絮体空隙率
2.3.3 絮体分形维数
2.3.4 絮体各向特征长度
2.4 模拟条件及方案设计
2.4.1 DLA模拟条件设置
2.4.2 DLCA模拟条件设置
2.4.3 模拟结果随机性处理
第3章 DLA/DLCA虚拟絮体分形聚集的数值模拟
3.1 引言
3.2 DLA絮体凝聚模拟
3.2.1 总凝聚粒子数对絮体形态的影响
3.2.2 粒子来源对絮体形态的影响
3.2.3 粘结方式对絮体形态的影响
3.2.4 粒子可运动区域对絮体形态的影响
3.2.5 粘附几率对絮体形态的影响
3.3 DLCA絮体凝聚模拟
3.3.1 总凝聚粒子数对絮体形态的影响
3.3.2 粒子运动边界大小对絮体形态的影响
3.3.3 粒子粘附几率对絮体形态的影响
3.3.4 粒子密度对絮体形态的影响
3.4 两种模型絮体凝聚模拟过程对比
3.4.1 絮体形态演变过程对比
3.4.2 絮体统计特性对比
3.5 本章小结
第4章 DLA/DLCA虚拟絮体破碎及再形成过程模拟
4.1 引言
4.2 破碎行为对DLA虚拟絮体形态的影响分析
4.2.1 破碎前、破碎后和再形成后虚拟絮体的形态演变特征
4.2.2 破碎前、破碎后和再形成后虚拟絮体统计特性演变
4.3 破碎行为对DLCA虚拟絮体形态的影响分析
4.3.1 破碎前、破碎后和再形成后虚拟絮体的形态演变特征
4.3.2 破碎前、破碎后和再形成后虚拟絮体统计特性演变
4.4 两种模型絮体破碎再形成模拟过程对比
4.4.1 破碎前、破碎后及再形成絮体形态特征对比
4.4.2 破碎前、破碎后及再形成絮体统计特性对比
4.5 本章小结
第5章 模拟验证及絮体分形成长机制的试验分析
5.1 引言
5.2 试验材料和设备
5.2.1 方形反应器几何尺寸
5.2.2 试验水样和絮凝剂
5.2.3 絮体形态原位在线检测系统
5.3 试验方法和步骤
5.3.1 絮凝剂最佳投量确定
5.3.2 试验开展步骤
5.4 结果与讨论
5.4.1 不同挡板宽度时絮体成长过程的变化
5.4.2 不同高宽比时絮体成长过程的变化
5.5 本章小结
结论
参考文献
附录 A(攻读硕士学位期间发表的论文)
致谢
本文编号:3452239
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/sgjslw/3452239.html