输配水管网余氯浓度变化模型及其动态模拟 .docx

工程建筑学相关资料ENGINEERING ARCHITECTURE RELATED INFORMATION 工程建筑学相关资料 ENGINEERING ARCHITECTURE RELATED INFORMATION PAGE PAGE 1 输配水管网余氯浓度变化模型及其动态模拟  摘要：针对余氯在水体中衰减和与管壁发生反应两个消耗输配水管网中余氯的主要途径，论文采用适用于离散动态系统的事件驱动模拟算法来实现对输配水管网中余氯浓度变化的动态模拟。事件驱动模拟算法通过对管网水力水质变化的离散产生事件，然后用事件的发生宋驱动动态模拟过程的自动推进。事件驱动模拟算法便于用计算机实现，通过对实例管网的模拟对比，相对传统的算法，体现出较好的计算效果。 关键词：输配水管网 余氯浓度 数学模型 动态模拟 　　氯是我国目前使用最广泛的一种饮用水消毒剂。在管网中添加氯以维持一定的余氯浓度是维持管网水质的主要手段之一，因此，余氯浓度也成为衡量管网水质好坏的一个重要指标。　　由于对余氯浓度在输配水管网中变化的机理研究相对成熟，目前国内外管网水质变化模拟的一个最主要指标便是余氯。本文采用适合于离散动态系统模拟的事件驱动法来实现对管网中余氯浓度变化的模拟。 　　1．余氯在管网中衰减的动力学模型　　引起余氯在输配水管网中衰减的影响因素很多，其中主要的且目前研究比较深入的两大原因有：余氯与水体中存在的多种有机物和无机物发生反应；通过管壁附近层流层的质量转输与附着在管道或水池等其他管网组件壁上的生物膜发生反应。　　1．1 余氯在水体中的衰减　　设水体中的余氯浓度C，初始余氯浓度 C0，学者R．M．Clark等[1]给出余氯浓度在水体中随时间的衰减函数为：　　(1)　　函数中的两个参数K，M，可由如下两个经验式求得：　　K=e0.32(CA0)-0.44(TOC) 0.63 ( pH ) -0.29 ( T ) 0.14 (2)　　Ln( M )=-2.46 - ( 0.19TOC ) – ( 0.14 pH ) –( 0.07T ) + ( 0.01T*PH )(3)　　其中：TOC--兑有机碳(mg／1) T——温度( OC)　　1.2余氯与管壁生物膜的反应和质量转输　　给定余氯在容器壁上与生物膜反应的衰减速率常数KW，，整个过程的中余氯衰减的微分动力式可表述为 [2]： 　　(4)　　kf——层流层到管壁的余氯传质系数(m／day)　　且： (5)　　其中：Sh--舍伍德(Sherwood)数　　d--管径　　D——余氯在水中的扩散系数(20℃时，为0.10x10-3m2／d)　　舍伍德(Sherwood)数可以用以下两式来求得：　　当Re<2300时：　　(6)　　当Re≥2300时：　　Sh=O.023Re0.83Se0.333(7)　　其中：Re--雷诺(Reynolds)数(Re=Editor/2005-12/200512299045240.gif" width=15 align=absMiddle>)；　　Sc——施密德(Schmidt)数(如：Sc=Editor/2005-12/200512299045644.gif" width=15 align=absMiddle>)；　　L——管壁沿水流方向长度(m)；　　v——水的运动粘滞系数(20℃时，为O.09m2／d)；　　U--水的流速(m/s)。　　2．事件驱动模拟机制原理　　根据所采用的坐标系的不同，实现对输配水管网水质变化动态模拟的数值方法可分为欧拉法和拉格朗日法。　　水质在管网中实际的变化情况是时空都连续的，但无论是欧拉法还是拉格朗日法，都必须将水质变化连续的时间与空间离散后方能实现计算，如典型的欧拉法——有限元、有限差分法，需对空间坐标进行单元划分，对时间设置计算步长，在一个空间单元内，水质分布均匀，在一个时间步长内，水质不发生变化。　　各种方法都必须离散时间与空间，但各种方法离散的原理与技术不同。　　事件驱动模拟机制，在模拟启动前，不要求事先规定离散的空间单元和时间步长值，而是通过分析输配水管网的水质特性，依据管网水质变化的水力、水质特性，定义一些在管网水力、水质变化过程中有特殊意义的所谓“事件”，由事件相继的发生，自动确定合理的空间和时间离散点，管网系统的水力和水质状态只在这些离散的点上发生变化，从而实现管网水质变化的动态模拟。　　定义1 水力事件：引起管网中流量和流速变化的外部事件。　　定义2 水质事件：引起管网中用户节点(至少一个)出流水质发生变化的内部事件。　　事件驱动模拟机制通过构造一个动态的“事件序列表”(由水力事件和水质事件组成)，依“事件序列表”中的事件发生次序，自动生成计算时