3.13. Внешняя увязка гидравлической кольцевой сети

Составим уравнения баланса напоров насосной станции, сети и контррезервуара (башни):

, (3.43)

где – сумма потерь напоров от диктующей точки до насосной станции, м.

, (3.44)

где – сумма потерь напоров от диктующей точки до башни, м.

Выполним подстановку одного уравнения в другое за счёт равных слагаемых и получим недостающее уравнение, связывающее напоры насоса и башни:

(3.45)

Чтобы учесть влияние работы насосных агрегатов и башни на работу водопроводной сети, следует выполнить внешнюю увязку водопроводной сети. Расчёт удобно выполнять, используя программу NETB [6]. Для этого к фактическим кольцам сети добавляют фиктивное кольцо, которое образуется двумя фиктивными ветвями, соединяющими насосную станцию (узел 0) с первым узлом водопроводной сети и башню (узел N+1) с её присоединением к сети, и самый длинный путь от начального узла до узла присоединения башни.

Обход фиктивного кольца выполняют, как и других колец, по часовой стрелке. Если на участке направление движения воды противоположно обходу кольца, то расход и потеря напора принимаются на данном участке с противоположным знаком.

3.14. Подготовка данных к расчёту на эвм внешней увязки кольцевой сети

При подготовке контурных матриц к внешней увязке сети в исходные данные добавляют следующие параметры:

1. фиктивное кольцо;

2. нулевой и (N+1) участки; их длины, диаметры и расходы (нулевой записывается перед участками внутренней увязки, а (N+1 участок записывается после всех участков внутренней увязки);

3. меняют количество участков, колец и элементов контурной матрицы в начале программы;

4. в строке 60 вводят Н₁=Нн, Н₂=Н_Б, S₁, N₁ – число водоводов.

Рассчитывают коэффициент сопротивления для всех рабочих насосов:

S₁= ; (3.46)

коэффициент сопротивления для одного рабочего насоса .

При работе более одного насоса строим график совместной работы двух и более насосов и рассчитываем необходимые для расчёта параметры. После всех внесённых изменений ведём расчёт совместной работы водопроводной сети, насосов и башни. Получаем распечатку потерь напоров. Обычно они больше, чем при внутренней увязке. Если серьёзных изменений параметров не наблюдается, то принимаем выбранные насосные агрегаты. Если же наблюдается серьёзное повышение напоров, то следует предусмотреть другие агрегаты и повторить расчёт.

Рис. 31. Характеристика насоса

Глава IV. Применение методов математического моделирования для анализа и расчета систем очистки природных и сточных вод. Принципы и расчёт процессов и аппаратов

4.1. Классификация процессов очистки природных и сточных вод

Все основные процессы обработки природных и сточных вод подразделяются в зависимости от основных законов, определяющих скорость протекания процессов, на следующие:

1. Гидромеханические процессы.

В них скорость определяется законами гидродинамики.

К этим процессам относятся:

а) перемешивание жидкости;

б) разделение жидкости неоднородных систем:

‑ в поле силы тяжести (отстаивание);

-‑ в центробежном поле (центрифуга);

‑ под действием разности давлений (фильтры).

2. Тепловые процессы, в результате которых происходит изменение (передача) теплоты.

К ним относятся:

‑ нагревание;

‑ охлаждение;

‑ выпаривание.

Скорости этих процессов описываются законами теплопередачи.

3. Массообменные (диффузионные) процессы характеризуются переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела.

К ним относятся:

– сорбция - поглощение газов или паров жидкости, использующееся для извлечения из газовых смесей целых компонентов и для очистки от вредных компонентов;

– перегонка (ретификация) – разделение жидкости или жидких газов, в основе которых лежит различная летучесть жидкостей, составляющих эту смесь (нефть, например);

– экстракция – процесс извлечения в жидкость из твердого вещества каких-либо полезных веществ (чай, например);

– адсорбция – поглощение пористым веществом из газовой смеси или из жидкой фазы веществ: активированный уголь (высокая поверхность сорбции: 1 г угля/1000 м³ сорбции); силикагель (1 г с.г./500 м³);

– сушка (удаление влаги из обрабатываемых материалов). Удаление влаги продолжается до тех пор, пока не установится равновесие между содержанием влаги в материале и в окружающей его среде.

Протекание процессов массообмена тесно связано с гидродинамическими условиями в фазах и на границе их раздела и с сопутствующими массообмену процессами переноса тепла.

4. Химические (реактивные) процессы.

Скорость течения процесса обусловливается химической кинетикой. Химическим процессам обычно сопутствует перенос массы и энергии, и, следовательно, скорость химических процессов зависит также от гидродинамических условий.

5. Механические процессы.

Описываются законами механики твердого тела. Механические процессы рассматривают:

‑ измельчение;

‑ транспортировку;

‑ смешивание твердых частиц или веществ.

6. Биологические процессы.

Скорости этих процессов описываются законами биологии.

К эти процессам относятся:

– развитие биомассы водорослей (в том числе фотосинтез);

– рост бактерий и потребление субстрата при очистке активным илом воды или при применении анаэробного брожения.

Все процессы по способу организации очистки природных и сточных вод подразделяются на следующие:

1. Периодические – исходное вещество загружается в аппарат через определенные промежутки времени, затем идет процесс обработки их в аппарате и выгрузка конечного продукта из аппарата. То есть процесс протекает в одном аппарате, но в разное время (рис. 32).

Рис. 32. Пример аппарата периодического действия – фильтрующая центрифуга

2. Непрерывные процессы осуществляются в проточных аппаратах. Поступление исходных материалов в аппарат и выгрузка конечного продукта производятся одновременно и непрерывно. То есть непрерывный процесс характеризуется тем, что все стадии протекают в одном аппарате в одно и то же время, но разобщены в пространстве, т.е. осуществляются в разных частях одного аппарата или же в различных отсеках, составляющих данную установку (рис. 33).

Рис. 33. Пример аппарата непрерывного действия. Аэротенк-вытеснитель

3. Комбинированные – это непрерывные процессы, отдельные стадии которых происходят периодически; или периодические процессы, отдельные стадии которых происходят непрерывно.

Чаще всего законов протекания процесса несколько, таким образом, процессы являются комбинированными.

В зависимости от изменения по времени технологических параметров (скорости, температуры, концентрации загрязнений, давлению) процессы можно классифицировать на установившиеся и неустановившиеся:

– установившийся – стационарный процесс протекает при постоянной скорости t=0 и температуре T=const;

– неустановившийся процесс (неустановившийся или переходный) – такое движение жидкости, при котором гидравлические элементы (скорость, давление и др.) в отдельных точках пространства, заполненных движущейся жидкостью в течение времени, изменяются =(x, y, TC), l<0 – скорость потока уменьшается в точках пространства во времени. Если l>0, то поток жидкости ускоряется.