絮凝的數(shù)學(xué)描述一般分為兩個立的過程：遷移和粘附。遷移過程產(chǎn)生顆粒的碰撞。遷移是由水中顆粒的速度差異引起。在折板絮凝池中，速度差異認(rèn)為是以下3種因素造成：(1)顆粒的布朗運(yùn)動(異向絮凝中起主要作用；(2)紊流渦旋(同向絮凝)；(3)顆粒間沉降速度的差異(差速絮凝)。粘附作用取決于和顆粒物本身表面性質(zhì)有關(guān)的瞬時作用力。
絮凝效果的好壞主要依據(jù)形成的礬花情況。實際生產(chǎn)中，絮凝的效果大都依據(jù)后續(xù)的沉淀出水濁度進(jìn)行評價，但這已不是絮凝階段結(jié)果的直接反映，沉淀出水濁度還與沉淀效果有很大關(guān)系。另一方面，即使對絮凝效果進(jìn)行直接評價，評價大多也只是停留在對礬花大小和密實與否的感官描述上，缺少可操作的量化評價標(biāo)準(zhǔn)，這與當(dāng)前還比較缺乏相對合理的絮凝評價標(biāo)準(zhǔn)有關(guān) [3] 。
為使水流中的顆粒相互碰撞，就使其與水流產(chǎn)生相對運(yùn)動。水中的顆粒與水流產(chǎn)生相對運(yùn)動好的辦法是改變水流的速度。改變速度的方法有兩種：①改變水流速度時造成的慣性效應(yīng)來進(jìn)行凝聚；②改變水流方向。在湍流中充滿著大大小小的渦旋。其中大渦旋能夠使流體進(jìn)一步的摻混，使顆粒均勻擴(kuò)散于流體中；同時創(chuàng)造大量的小漩渦，并將能量輸出給小渦旋。而小渦旋的作用是促進(jìn)顆粒的碰撞，提高絮凝效率。微渦旋理論認(rèn)為：水中微渦旋尺度與礬花顆粒尺度相近時混凝反應(yīng)充分。而小渦旋的動力學(xué)致因是慣性效應(yīng)，特別是湍流渦旋的離心慣性效應(yīng)，由此可見湍流中微小渦旋的離心慣性效應(yīng)是絮凝的重要動力學(xué)致因。
在往復(fù)式折板后面能夠形成渦旋，伴隨著顆粒粒徑在增加，渦旋的尺度由小變大，符合絮凝動力學(xué)規(guī)律；通過比較得出，圓弧形渠道絮凝池的湍流強(qiáng)度變化緩慢，分布更加均勻合理，不僅能夠滿足絮凝前期較大湍流強(qiáng)度的需要，也能滿足絮凝后期顆粒碰撞的湍流強(qiáng)度，證明圓弧轉(zhuǎn)彎渠道形比矩形轉(zhuǎn)彎渠道有更好的絮凝效果。
圓弧形渠道能夠減小渠道轉(zhuǎn)彎處的速度，減少能耗。而且，圓弧形渠道能夠產(chǎn)生很多復(fù)雜的渦旋結(jié)構(gòu)，提高絮凝效率。通過兩個方案中轉(zhuǎn)彎處X 方向速度的對比證明，圓弧形拐彎往復(fù)式絮凝器的速度梯度變化規(guī)律更加合理，混凝效果更好。
通過混凝動力學(xué)的研究，得到了混凝動力學(xué)中速度梯度與時間的關(guān)系G=G（0）/1+Kt；并通過擬合得到往復(fù)式絮凝池速度梯度的變化規(guī)律近似符合混凝動力學(xué)對速度梯度變化的要求；同時參考了往復(fù)式絮凝池的新研究成果—將往復(fù)式絮凝池轉(zhuǎn)彎處的矩形渠道變成圓弧形狀，設(shè)計出一種的往復(fù)式絮凝池。通過數(shù)學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)：優(yōu)化后的往復(fù)式絮凝池拐彎處的圓弧形渠道能夠消除傳統(tǒng)往復(fù)式絮凝池轉(zhuǎn)彎處的死水區(qū)，而且圓弧形渠道處的水流速度比矩形渠道處的分布均勻，有利于節(jié)約能耗。
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