已知某村镇供水站的设计水温T=20°C,设计进水量:10000m3/d,液面上升流速:v= 2.0mm/s,颗粒沉降速度:u=0.25mm/s,采用蜂窝六边形塑料斜管,斜管内切圆直径d= 30mm,管长1.0m,斜管倾角θ=60°。 求:(1)计算斜管沉淀池尺寸(池形为正方形,利用系数0.95); (2)计算斜管沉淀池池深,沉淀池超高:0.3m,清水区水深:1.2m,配水区高度:1.50m,泥槽高度:0.8m; (3)计算斜管内停留时间,复核管内雷诺数
(1)计算斜管沉淀池尺寸
由题意可知,设计进水量为10000m³/d,液面上升流速v=2.0mm/s,颗粒沉降速度u=0.25mm/s,斜管倾角θ=60°,斜管内切圆直径d=30mm,管长1.0m。
首先,计算单个斜管的截面积A_管,公式为:A_管 = (π/4) × d²。
然后,计算单个斜管的湿周L_管,公式为:L_管 = d × √3。
接着,计算单个斜管的沉淀效率η_管,公式为:η_管 = tanθ × (u/v)。
根据设计进水量Q和利用系数η_利,计算斜管沉淀池的尺寸(正方形边长L_池),公式为:L_池 = √(Q × 86400 / (η_利 × η_管 × A_管 × L_管 × 3600))。
(2)计算斜管沉淀池池深
斜管沉淀池的池深由多个部分组成,包括清水区水深、配水区高度、泥槽高度以及斜管高度。斜管高度可以通过斜管数量n和斜管长度L_管计算得出。根据题意,沉淀池超高为0.3m,清水区水深为1.2m,配水区高度为1.5m,泥槽高度为0.8m。
因此,斜管沉淀池的总池深H_总 = 清水区水深 + 配水区高度 + 泥槽高度 + 斜管高度 + 沉淀池超高。
(3)计算斜管内停留时间
斜管内的停留时间t_停可以通过斜管长度L_管和液面上升流速v计算得出,公式为:t_停 = L_管 / v。
(4)复核管内雷诺数
雷诺数Re可以通过流体流速v、管径d和流体密度ρ以及流体粘度μ计算得出,公式为:Re = (ρ × v × d) / μ。根据实际情况,需要判断雷诺数是否处于层流或湍流状态,以验证设计的合理性。