畢業(yè)設(shè)計(jì)--水泵提升式調(diào)量池建模與設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　污水處理要求運(yùn)行平穩(wěn)，各種運(yùn)行參數(shù)都好控制，以降低運(yùn)行成本。在此過(guò)程中，調(diào)節(jié)池的作用尤為突出。調(diào)節(jié)池是指調(diào)節(jié)水量和水質(zhì)的構(gòu)筑物，它的作用是對(duì)水量和水質(zhì)的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)污水pH值、水溫，有預(yù)曝氣作用，還可以用作事故排水。</p><p>　　本課題通過(guò)改進(jìn)已建立的泵提升式調(diào)量池的數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步研究進(jìn)水量發(fā)生變化

2、時(shí)調(diào)量池水位以及泵的出流量隨時(shí)間的變化過(guò)程。通過(guò)實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)研究數(shù)學(xué)模型中涉及到的、可能對(duì)泵的出流量產(chǎn)生影響的因素，并驗(yàn)證推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型的可行性。</p><p>　　本課題通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬得出的結(jié)論，對(duì)現(xiàn)有池型進(jìn)行改造和分析，發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題，并提出改進(jìn)措施，完成泵提升式調(diào)量池的優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出以下結(jié)論：</p><p>　?。?

3、）建立了進(jìn)水量發(fā)生變化時(shí)調(diào)量池水位以及泵的出流量隨時(shí)間的變化的數(shù)學(xué)模型；</p><p>　　（2）調(diào)量池的水位與管道S值是影響泵出流量的重要因素；</p><p>　?。?）根據(jù)數(shù)學(xué)模型，工程實(shí)際中應(yīng)使泵在其高效段出水；</p><p>　　（4）工程實(shí)際中泵提升式調(diào)量池的池底面積盡可能大一些；</p><p>　　（5）根據(jù)數(shù)學(xué)模型表達(dá)式

4、是否有意義可以估計(jì)泵提升式調(diào)量池可以調(diào)節(jié)的水量范圍。</p><p>　　關(guān)鍵詞：泵提升式調(diào)量池、水量波動(dòng)、穩(wěn)定出流、數(shù)學(xué)模型、仿真模擬Abstract</p><p>　　Sewage disposal requires smooth operation and all kinds of operation parameters are under good control in ord

5、er to reduce operation cost. During the process, the role of regulating pondage is excessively outstanding. Regulating pondage is one kind of structure that can be used to regulate water quality and quantity, sewage pH v

6、alue, water temperature and preaeration. It also can be used to accident drainage. </p><p>　　By improving the mathematical model of pump ascension adjustable volume pool that has been established, we researc

7、h the change process of water level and pump discharge when the water inflow varies from the time. Through entity model experiment we research factors that possibly affect the pump discharge that is related to the mathem

8、atical model. And we also validate feasibility of the mathematical model.</p><p>　　According to the conclusion from experiment and simulation, we can analysis and improve existing pool type, find potential p

9、roblems and propose improvement measurements in order to complete optimal design of pump ascension adjustable volume pool.</p><p>　　According to the result of experiment, the conclusions are as follows: <

10、/p><p>　　(1) We have established a mathematical model that describes the change process of water level and pump discharge when the water inflow varies from the time.</p><p>　　(2) The water level of

11、 adjustable volume pool and S value of the tunnel are the important factors that can affect pump discharge;</p><p>　　(3) According to the mathematical model, in the project, the pump should work in efficient

12、 stage。</p><p>　　(4) In the project, the bottom acreage of adjustable volume pool should be as big as possible.</p><p>　　(5) According to whether the mathematical model is meaningful, we can est

13、imate the flow range that the adjustable volume pool can regulate.</p><p>　　Keywords: pump ascension adjustable volume pool; water fluctuations; stability of the flow; mathematical model; analogue simulation

14、</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　1.緒論5</b></p><p>　　1.1.世界水資源現(xiàn)狀5</p><p>　　1.2.我國(guó)水資源現(xiàn)狀及水污染治理5&

15、lt;/p><p>　　1.3.調(diào)節(jié)池的研究背景5</p><p>　　1.4.調(diào)節(jié)池的研究現(xiàn)狀6</p><p>　　1.4.1.調(diào)節(jié)池有效容積的計(jì)算6</p><p>　　1.4.2.調(diào)節(jié)池水力特性的研究8</p><p>　　1.5.調(diào)節(jié)池的分類(lèi)10</p><p>　　1

16、.5.1.水質(zhì)調(diào)節(jié)池10</p><p>　　1.5.2.水量調(diào)節(jié)池11</p><p>　　1.6.課題研究?jī)?nèi)容和意義13</p><p>　　2.泵提升式調(diào)量池?cái)?shù)學(xué)模型的建立15</p><p>　　2.1.數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)建模15</p><p>　　2.2.調(diào)節(jié)池的數(shù)學(xué)建模15</p

17、><p>　　2.3.泵提升式調(diào)量池?cái)?shù)學(xué)模型的建立16</p><p>　　3.泵提升式調(diào)量池實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)21</p><p>　　3.1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1</p><p>　　3.2.實(shí)驗(yàn)原理21</p><p>　　3.2.1.離心泵裝置的工況點(diǎn)21</p><p>　　3.2.

18、2.離心泵出水流量的改變23</p><p>　　3.3.實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)器材24</p><p>　　3.3.1.實(shí)驗(yàn)器材的選用24</p><p>　　3.3.2.實(shí)驗(yàn)所需材料表25</p><p>　　3.3.3.實(shí)驗(yàn)裝置的連接26</p><p>　　3.4.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備27</p>

19、;<p>　　3.5.具體實(shí)驗(yàn)部分27</p><p>　　3.5.1.初始進(jìn)水量下泵的工況點(diǎn)的測(cè)定27</p><p>　　3.5.2.靜揚(yáng)程的變化對(duì)泵出流量的影響32</p><p>　　3.5.3.管道閘閥調(diào)節(jié)對(duì)泵出流量的影響38</p><p>　　3.5.4.進(jìn)水流量呈矩形波變化時(shí)調(diào)量池水位與泵出流量

20、的變化情況45</p><p>　　3.6.基于LabVIEW的仿真模擬48</p><p>　　3.6.1.LabVIEW及其在工程上的應(yīng)用48</p><p>　　3.6.2.使用LabVIEW模擬進(jìn)水流量呈矩形波變化時(shí)泵出流量隨時(shí)間變化的關(guān)系49</p><p>　　3.6.3.使用LabVIEW模擬調(diào)量池面積變化時(shí)泵出

21、流量隨時(shí)間的關(guān)系50</p><p><b>　　結(jié)論和建議52</b></p><p><b>　　致謝54</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)55</b></p><p><b>　　英文翻譯56</b></p>&l

22、t;p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　世界水資源現(xiàn)狀</b></p><p>　　地球的儲(chǔ)水量是十分豐富的，其總量約13．8億km3，適宜人類(lèi)享用的僅為0.01％。20世紀(jì)50年代后，全球人口急劇增長(zhǎng)，工業(yè)發(fā)展迅速。一方面，人類(lèi)對(duì)水資源的需求以驚人的速度擴(kuò)大；另一方面，日益嚴(yán)重的水污染蠶食大量可供消費(fèi)的水資源[1]。

23、隨著社會(huì)的發(fā)展，世界許多地方人均用水不足的問(wèn)題日益惡化，水資源正在因?yàn)槭澜缛丝谠黾?、環(huán)境污染和氣候變化而逐步減少，全球水危機(jī)將達(dá)到空前的水平[2]。</p><p>　　因此，世界各國(guó)應(yīng)聯(lián)合起來(lái),共同應(yīng)對(duì)這場(chǎng)迫在眉睫的水危機(jī)[3]。解決全球水危機(jī)問(wèn)題刻不容緩。</p><p>　　我國(guó)水資源現(xiàn)狀及水污染治理</p><p>　　我國(guó)是世界上嚴(yán)重缺水的國(guó)家之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)

24、，我國(guó)人均水資源占有量不足2200 m3，不到世界人均水資源占有量的1／4，全國(guó)600多個(gè)城市中有400多個(gè)供水不足[4]。</p><p>　　水資源的污染更是驚人。據(jù)了解，全國(guó)每年直接排人江河的廢水達(dá)360億t，50％的水源因污染不能飲用。七大水系中黃河、松花江、遼河三大流域污嚴(yán)重：四大海區(qū)中渤海、東海污染嚴(yán)重。全國(guó)七大江河水系及太湖、滇池和巢湖中，達(dá)到或優(yōu)于地面水環(huán)境質(zhì)量三類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的河段只有36．9％；水質(zhì)為

25、四類(lèi)、五類(lèi)的河段達(dá)63．1％，其中劣五類(lèi)水質(zhì)達(dá)到37．7％；大淡水湖泊和城市湖泊均為中度污染；75％的湖泊富營(yíng)養(yǎng)化加??；一些城市地下水不同程度地受到污染[4]。</p><p>　　由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起步晚，整經(jīng)濟(jì)情況和法律保障都比較落后，中國(guó)水污染防治工作長(zhǎng)期都是以加強(qiáng)法制教育為主，經(jīng)濟(jì)處罰為輔。中國(guó)水污染防治，由分散治理為主。而現(xiàn)在，我國(guó)正將以前的治理模式轉(zhuǎn)向集中控制與分散治理相結(jié)合，實(shí)行全程控制，清潔生產(chǎn)，由

26、單一的濃度控制，轉(zhuǎn)向濃度控制和總量控制相結(jié)合，由區(qū)域管理為主，轉(zhuǎn)向區(qū)域管理與流域管理相結(jié)合的指導(dǎo)思想的轉(zhuǎn)變[5]。</p><p><b>　　調(diào)節(jié)池的研究背景</b></p><p>　　污水處理廠講求運(yùn)行平穩(wěn)，各種運(yùn)行參數(shù)都好控制，運(yùn)行成本才能更低。若在運(yùn)行過(guò)程中水質(zhì)、水量隨時(shí)間的變化過(guò)大，會(huì)給污水處理廠的正常運(yùn)行帶來(lái)困難。為了保證后續(xù)處理構(gòu)筑物或設(shè)備的正常運(yùn)行,

27、需對(duì)廢水的水質(zhì)和水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)水量和水質(zhì)的構(gòu)筑物稱(chēng)為調(diào)節(jié)池。</p><p>　　在工業(yè)廢水的處理過(guò)程中，污水經(jīng)過(guò)格柵后就會(huì)進(jìn)入調(diào)節(jié)池，它屬于一級(jí)處理工藝，對(duì)于整個(gè)廢水處理的效果起到重要的作用。然而，現(xiàn)在的大多數(shù)的工業(yè)廢水調(diào)節(jié)池都只是一個(gè)擺設(shè)或者所起的作用微乎其微。大家沒(méi)有完全意識(shí)到調(diào)節(jié)池所應(yīng)該在的位置。研究表明，水質(zhì)水量的波動(dòng)是影響污水處理工藝出水水質(zhì)的重要因素之一。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于水質(zhì)水量是隨著時(shí)間

28、的推移不斷的發(fā)生變化的，這就需要我們通過(guò)科學(xué)的手段降低水質(zhì)水量進(jìn)入主要處理工藝時(shí)的變化波動(dòng)，確保廢水的處理效果。</p><p>　　不僅僅工業(yè)廢水水質(zhì)水量是波動(dòng)的，城市生活污水的產(chǎn)生也是隨著人們生活習(xí)慣而發(fā)生變化的。用水高峰期時(shí)，污水的產(chǎn)生量就會(huì)增多，用水低峰時(shí)，污水出水量減少。這就對(duì)污水處理工藝的要求更加嚴(yán)格?，F(xiàn)在的污水處理廠基本上沒(méi)有設(shè)置調(diào)節(jié)池的。污水通過(guò)格柵等物理處理后，進(jìn)行生物化學(xué)處理，再進(jìn)行消毒就可以

29、進(jìn)行排放。</p><p>　　調(diào)節(jié)池按其功能可分為均量池、均質(zhì)池、混合池（均質(zhì)均量）三種。其調(diào)節(jié)作用大體可分為下面幾點(diǎn)：</p><p>　　（1）使污水的濃度與池中的水的組成相混合，減少水質(zhì)波動(dòng)過(guò)大對(duì)后續(xù)處理構(gòu)筑物處理效果的影響。</p><p>　?。?）儲(chǔ)存多余的水量，補(bǔ)充缺少的水量。確保處理工藝的正常運(yùn)行，防止缺水和水量過(guò)大的事故發(fā)生。</p>

30、<p>　?。?）由于在調(diào)節(jié)池內(nèi)有停留時(shí)間，所以污水在其中也發(fā)生了生物化學(xué)反應(yīng)，從而降低了出水的污染質(zhì)的濃度。從而提高了污水的處理效果。</p><p>　?。?） 由于固體負(fù)荷越于穩(wěn)定，因而可改善二沉池出水水質(zhì)以及濃縮性能，使濾池反冰洗周期更加均勻。</p><p>　?。?）對(duì)于曝氣攪拌型的調(diào)質(zhì)池還起到預(yù)曝氣的作用[6]。</p><p><

31、b>　　調(diào)節(jié)池的研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　目前學(xué)術(shù)界對(duì)調(diào)節(jié)池的研究較少，主要集中在調(diào)節(jié)池有效容積的計(jì)算上以及研究調(diào)節(jié)池對(duì)水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)效果上?，F(xiàn)在結(jié)合數(shù)學(xué)模型研究上述問(wèn)題已經(jīng)成為一種普遍趨勢(shì)。</p><p>　　調(diào)節(jié)池有效容積的計(jì)算</p><p>　　確定調(diào)節(jié)池的最小有效容積是調(diào)節(jié)池工藝計(jì)算的主要內(nèi)容。這個(gè)池容是在完全混合條件下的理

32、論計(jì)算值,其大小由水質(zhì)、水量的不均勻特性和后續(xù)工藝對(duì)水質(zhì)及水量均化的要求決定。給出水質(zhì)均化池最小有效容積的計(jì)算方法其意義不僅在于它對(duì)工藝設(shè)計(jì)中確定水質(zhì)均化池容積是必要的;并且計(jì)算所得出水水質(zhì)的時(shí)序數(shù)據(jù),還可作為后續(xù)工藝進(jìn)水的時(shí)序數(shù)據(jù)和工藝模擬的基礎(chǔ)。</p><p>　　水質(zhì)均化池有效容積的傳統(tǒng)計(jì)算方法主要有直觀計(jì)算法、概率統(tǒng)計(jì)法和有限差分法等等。下面簡(jiǎn)單的介紹一下這些方法：</p><p&g

33、t;　?。?）直觀的計(jì)算方法</p><p>　　現(xiàn)行水質(zhì)均化池容積計(jì)算方法一般是:取濃度較大的若干時(shí)間段內(nèi)進(jìn)水體積之和作為理論容積,取這段時(shí)間內(nèi)廢水的平均水質(zhì)數(shù)據(jù)為其均化出水的水質(zhì)指標(biāo)最大值;在確定水質(zhì)均化池的實(shí)際設(shè)計(jì)容積時(shí),要考慮到池中廢水流態(tài)不能完全符合瞬間完全混合的理論假設(shè),對(duì)理論計(jì)算容積作經(jīng)驗(yàn)校正后即得設(shè)計(jì)所需均化池實(shí)際容積。從總體上看,現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法屬于直觀簡(jiǎn)便的方法,由于它沒(méi)有體現(xiàn)出廢水流量和濃度大小

34、變化特征及水質(zhì)水量變化特殊趨勢(shì)的相互關(guān)聯(lián)這兩個(gè)基本因素,因而致使直觀的方法很難做到合理地確定水質(zhì)均化池容積。</p><p>　?。?）其它均化池容積計(jì)算方法</p><p>　　概率統(tǒng)計(jì)法:當(dāng)廢水流量接近常數(shù)且廢水水質(zhì)為隨機(jī)分布時(shí)可用概率統(tǒng)計(jì)方法確定均化池的池容。顯然,廢水的不均勻特性符合一定隨機(jī)規(guī)律的情況是不多見(jiàn)的,因此概率統(tǒng)計(jì)方法的適用范圍較小。</p><p&g

35、t;　　有限差分法:在連續(xù)流完全混合條件下,各種不均勻特性的廢水進(jìn)行定容積均化或變?nèi)莘e均化時(shí),可對(duì)其混合過(guò)程數(shù)學(xué)模型用有限差分法求解。使用求得的濃度迭代式,取不同的池容作多次嘗試以考察濃度的均化程度是否滿足要求,剛好能滿足要求的池容即為均化池最小有效容積。這兩種計(jì)算方法都可以更穩(wěn)定且準(zhǔn)確地算出水質(zhì)均化池的理論容積。</p><p>　　可以通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型的方法更簡(jiǎn)捷準(zhǔn)確地計(jì)算調(diào)節(jié)池的有效容積。這種方法可以計(jì)算恒

36、水位調(diào)節(jié)池和變水位調(diào)節(jié)池的有效容積。因?yàn)楹闼徽{(diào)節(jié)池不具備調(diào)節(jié)水量的功能，與本實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)，因此只介紹變水位調(diào)節(jié)池有效容積的計(jì)算。</p><p>　　變水位水質(zhì)均化池與恒水位水質(zhì)均化池相比有兩點(diǎn)不同:其一是池內(nèi)存水體積是變化的;其二是出水按照水量均化的要求應(yīng)是均勻的,流量為q。如圖1-5所示。</p><p>　　圖1-1 變水位水質(zhì)均化池時(shí)段變化示意</p><p>

37、;<b>　　物料衡算式:</b></p><p><b>　　(1)</b></p><p><b>　　整理,得:</b></p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　和兩個(gè)迭代式即為變水位水質(zhì)均化池迭代計(jì)算數(shù)學(xué)模型。</p&

38、gt;<p>　　給出（i=0,1,2，…，n-1） ，,則由式(1) ,式(2) 迭代計(jì)算,可得[7]。</p><p>　　調(diào)節(jié)池水力特性的研究</p><p>　　直管式調(diào)量池一級(jí)數(shù)學(xué)模型</p><p>　　目前已建立大氣短管自由出流調(diào)節(jié)池的一級(jí)數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　圖1-6為典型的大氣中短管自由出流調(diào)節(jié)池的示

39、意圖。在初始平衡條件下：</p><p>　　進(jìn)水量突然增加時(shí)，達(dá)到新的平衡條件：,水位維持在。兩種水量平衡下的流量公式分別為： (1)、（2）</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　式中是短管特性參數(shù)。由式（2）、（1）得流量與水位的對(duì)比關(guān)系式為：</p><p><b>

40、;　　(4)</b></p><p>　　圖1-2 大氣中短管自由出流調(diào)節(jié)池示意圖</p><p>　　調(diào)節(jié)池特征參數(shù)包括調(diào)節(jié)池的水深、面積、出水短管特性、調(diào)節(jié)時(shí)間等。取任意t時(shí)刻下。當(dāng)突然增大時(shí)，調(diào)節(jié)池水位逐漸上升到H，取dt時(shí)間微元，設(shè)池的面積為，進(jìn)水流量為,水位上升為dH，則調(diào)節(jié)池水量平衡的微分關(guān)系如下：</p><p><b>　?。?

41、）</b></p><p><b>　　整理得出：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　取初始條件t=0，H=H0，對(duì)式（6）積分：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b&

42、gt;　　整理得出下式：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　——低流量平衡時(shí)的進(jìn)出水流量，；</p><p>　　——

43、大流量調(diào)節(jié)過(guò)程中的進(jìn)出水流量，；</p><p>　　——調(diào)節(jié)池、出水短管面積，；</p><p>　　——低流量、大流量平衡時(shí)調(diào)節(jié)池水位，；</p><p>　　——大流量調(diào)節(jié)過(guò)程中某瞬時(shí)水位、水位變化量，；</p><p>　　——出水短管阻力系數(shù)。</p><p>　　公式（8）包含了調(diào)節(jié)池的所有特性參數(shù)，只取決

44、于調(diào)量池和出水管的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)于已知的調(diào)節(jié)池為常數(shù)。公式（8）和公式（4）一起稱(chēng)為調(diào)節(jié)池特征公式[8]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)將建立泵提升式調(diào)量池的數(shù)學(xué)模型并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　已建立的泵提升式調(diào)量池?cái)?shù)學(xué)模型</p><p>　　此前張孝燕學(xué)姐在她的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文中已經(jīng)建立了泵提升式調(diào)量池的數(shù)學(xué)模型。其表達(dá)式如下：</p>

45、<p><b>　　[9]</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　但是，這個(gè)模型所得的曲線與實(shí)驗(yàn)所得的曲線有較大的差異，可能不適用于工程實(shí)際。因此，在本課題中，我將重新推導(dǎo)泵提升式調(diào)量池的數(shù)學(xué)模型。</p><p><b>　　調(diào)節(jié)池的分類(lèi)</b></p

46、><p>　　調(diào)節(jié)池主要分為水質(zhì)調(diào)節(jié)池、水量調(diào)節(jié)池和混合調(diào)節(jié)池三類(lèi)。其中混合調(diào)節(jié)池兼具水質(zhì)調(diào)節(jié)與水量調(diào)節(jié)的功能。這里重點(diǎn)介紹前兩類(lèi)調(diào)節(jié)池。</p><p><b>　　水質(zhì)調(diào)節(jié)池</b></p><p>　　在水污染治理系統(tǒng)工程中，為了緩解因?yàn)樗|(zhì)變化過(guò)大而對(duì)后續(xù)處理構(gòu)筑物造成的影響，需要設(shè)水質(zhì)調(diào)節(jié)池。</p><p>　　

47、常用調(diào)質(zhì)池又分為普通水質(zhì)調(diào)節(jié)池和穿孔導(dǎo)流槽式水質(zhì)調(diào)節(jié)池。</p><p>　　普通水質(zhì)調(diào)節(jié)池可寫(xiě)出物料平衡方程：</p><p>　　式中 Q ——取樣間隔時(shí)間內(nèi)的平均流量；</p><p>　　C1 —— 取樣間隔時(shí)間內(nèi)進(jìn)入調(diào)節(jié)池污物的濃度；</p><p>　　T —— 取樣間隔時(shí)間；</p><p>　　C0

48、 ——取樣間隔開(kāi)始時(shí)調(diào)節(jié)池內(nèi)污物的濃度；</p><p>　　V ——調(diào)節(jié)池容積；</p><p>　　C2 ——取樣間隔時(shí)間終了時(shí)調(diào)節(jié)池出水污物的溶度；</p><p>　　假設(shè)在一個(gè)取樣時(shí)間內(nèi)出水濃度不變，將上式變化后，每一個(gè)取樣間隔后的出水濃度為</p><p>　　當(dāng)調(diào)節(jié)池容積已知時(shí)，利用上式可求出各間隔時(shí)間的出水污物濃度。</

49、p><p>　　對(duì)于穿孔導(dǎo)流式調(diào)節(jié)池：同時(shí)進(jìn)入調(diào)節(jié)池的廢水，由于流程長(zhǎng)短不同，使前后進(jìn)入調(diào)節(jié)池的廢水相混合，以此來(lái)均和水質(zhì)。</p><p>　　這種調(diào)節(jié)池的容積可按下式計(jì)算：</p><p>　　考慮到廢水在池內(nèi)流動(dòng)可能出現(xiàn)短路等因素，一般引入的容積加大系數(shù)。則上式應(yīng)為：</p><p>　　水質(zhì)調(diào)節(jié)池的形式除上述矩形的調(diào)節(jié)池外還有方形和圓形的

50、調(diào)節(jié)池。</p><p><b>　　水量調(diào)節(jié)池</b></p><p>　　在水污染治理系統(tǒng)工程中，為了緩解因?yàn)樗孔兓^(guò)大而對(duì)后續(xù)處理構(gòu)筑物造成的影響,需要設(shè)水量調(diào)節(jié)池。</p><p>　　常見(jiàn)的水量調(diào)節(jié)池如圖1.3所示。進(jìn)水為重力流,出水用泵抽升,池中最高水位不高于進(jìn)水管的設(shè)計(jì)水位,有效水深一般為2-3cm。最低水位為死水位[10]。&

51、lt;/p><p>　　圖1-3 水量調(diào)節(jié)池</p><p>　　常見(jiàn)的水量調(diào)節(jié)池有以下幾種：</p><p><b>　?。?）直管式調(diào)量池</b></p><p>　　直管式調(diào)量池的示意圖如圖1-2所示。</p><p>　　圖1-4 直管式調(diào)量池</p><p>　　直管

52、式調(diào)量池的工作原理：當(dāng)來(lái)水量大時(shí)通過(guò)溢流墻來(lái)保證出水水頭的穩(wěn)定，當(dāng)來(lái)水水量較小時(shí)利用虹吸原理，保證出水水頭恒定，從而穩(wěn)定出水流量。</p><p>　?。?）泵提升式調(diào)量池</p><p>　　泵提升式調(diào)量池的示意圖如圖1-3所示。</p><p>　　泵提升式調(diào)量池中，池子本身僅起到儲(chǔ)存原水的緩沖作用，它是依靠泵的工況點(diǎn)的改變來(lái)調(diào)節(jié)流量的。</p>

53、<p>　　圖1-5 泵提升式調(diào)量池</p><p><b>　　（3）浮筒式調(diào)量池</b></p><p>　　浮筒式調(diào)量池的示意圖如圖1-4所示。</p><p>　　圖1-6 浮筒式調(diào)量池</p><p>　　浮筒式均量調(diào)節(jié)池是利用出水孔口固定浸沒(méi)深度的自由出流的流量為恒定的這一原理而設(shè)計(jì)的調(diào)量池，其流量

54、的大小可以通過(guò)改變孔口面積和浸沒(méi)水深調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　課題研究?jī)?nèi)容和意義</b></p><p>　　本課題的研究?jī)?nèi)容主要如下：</p><p>　　建立進(jìn)水流量呈階躍變化時(shí)泵提升式調(diào)量池水位、出流量隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)模型；</p><p>　　通過(guò)實(shí)體模型試驗(yàn)研究數(shù)學(xué)模型中參數(shù)變化對(duì)泵出流量的影響，得到

55、實(shí)測(cè)曲線，并與數(shù)學(xué)模型相比較；</p><p>　　通過(guò)LabVIEW模擬進(jìn)水流量呈連續(xù)階躍變化時(shí)泵的出流量隨時(shí)間的變化曲線，驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型在此條件下的可行性；</p><p>　　根據(jù)數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可能影響泵提升式調(diào)量池調(diào)量效果的各因素，提出工程實(shí)際中調(diào)量池的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　通過(guò)本課題的研究，得出可靠的泵提升式調(diào)量池?cái)?shù)學(xué)模型，能夠更好地了

56、解這種調(diào)量池的水力學(xué)特征，為實(shí)現(xiàn)調(diào)量池的優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。</p><p>　　泵提升式調(diào)量池?cái)?shù)學(xué)模型的建立</p><p><b>　　數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)建模</b></p><p>　　數(shù)學(xué)模型是針對(duì)參照某種事物系統(tǒng)的特征或數(shù)量依存關(guān)系，采用數(shù)學(xué)語(yǔ)言，概括地或近似地表述出的一種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，這種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)是借助于數(shù)學(xué)符號(hào)刻劃出來(lái)的某種系統(tǒng)的純關(guān)系結(jié)構(gòu)

57、。從廣義理解，數(shù)學(xué)模型包括數(shù)學(xué)中的各種概念，各種公式和各種理論。因?yàn)樗鼈兌际怯涩F(xiàn)實(shí)世界的原型抽象出來(lái)的，從這意義上講，整個(gè)數(shù)學(xué)也可以說(shuō)是一門(mén)關(guān)于數(shù)學(xué)模型的科學(xué)。從狹義理解，數(shù)學(xué)模型只指那些反映了特定問(wèn)題或特定的具體事物系統(tǒng)的數(shù)學(xué)關(guān)系結(jié)構(gòu)，這個(gè)意義上也可理解為聯(lián)系一個(gè)系統(tǒng)中各變量間內(nèi)的關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)。</p><p>　　數(shù)學(xué)模型所表達(dá)的內(nèi)容可以是定量的，也可以是定性的，但必須以定量的方式體現(xiàn)出來(lái)。因此，數(shù)學(xué)模型法

58、的操作方式偏向于定量形式。</p><p>　　數(shù)學(xué)建模就是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述實(shí)際現(xiàn)象，是實(shí)際事物的一種數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化。</p><p>　　建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，是把錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)化、抽象為合理的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的過(guò)程。要通過(guò)調(diào)查、收集數(shù)學(xué)資料，觀察和研究實(shí)際對(duì)象的固有特征和內(nèi)在規(guī)律，抓住為題的主要矛盾，建立起反映實(shí)際問(wèn)題的數(shù)學(xué)關(guān)系，然后利用數(shù)學(xué)的理論和方法去分析和解決問(wèn)題。</p><

59、;p>　　建立數(shù)學(xué)模型的要求：</p><p><b>　　1、真實(shí)完整。 </b></p><p>　　1）真實(shí)的、系統(tǒng)的、完整的反映客觀現(xiàn)象； </p><p>　　2）必須具有代表性； </p><p>　　3）具有外推性，即能得到原型客體的信息，在模型的研究實(shí)驗(yàn)時(shí)，能得到關(guān)于原型客體的原因； </p&

60、gt;<p>　　4）必須反映完成基本任務(wù)所達(dá)到的各種業(yè)績(jī)，而且要與實(shí)際情況相符合[11]。 </p><p>　　2、簡(jiǎn)明實(shí)用。在建模過(guò)程中，要把本質(zhì)的東西及其關(guān)系反映進(jìn)去，把非本質(zhì)的、對(duì)反映客觀真實(shí)程度影響不大的東西去掉，使模型在保證一定精確度的條件下，盡可能的簡(jiǎn)單和可操作，數(shù)據(jù)易于采集。 </p><p>　　3、適應(yīng)變化。隨著有關(guān)條件的變化和人們認(rèn)識(shí)的發(fā)展，通過(guò)相關(guān)變

61、量及參數(shù)的調(diào)整，能很好的適應(yīng)新情況。</p><p>　　數(shù)學(xué)模型在環(huán)境工程中有著廣泛應(yīng)用，比如說(shuō)可以建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型用來(lái)評(píng)估飲用水水源污染對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦挠绊慬12]。</p><p><b>　　調(diào)節(jié)池的數(shù)學(xué)建模</b></p><p>　　水污染治理系統(tǒng)一般由多級(jí)不同的環(huán)境裝置串接在一起，凈化特定的受污染對(duì)象。要進(jìn)行某一具體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，

62、就要建立符合實(shí)際情況的數(shù)學(xué)模型。這類(lèi)模型可以分為兩類(lèi)：水量平衡模型和污染物降解動(dòng)力模型，前者是后者的基礎(chǔ)。</p><p>　　在過(guò)去的理論研究和工程設(shè)計(jì)中，一般假定水量調(diào)節(jié)后的出水是穩(wěn)定不變的，或者根據(jù)水質(zhì)均化需要反推水量調(diào)節(jié)。實(shí)際上，由于冶金行業(yè)污水流量大（2000-4000m3∕h），無(wú)法按水力停留時(shí)間10-12h設(shè)計(jì)水量調(diào)節(jié)一類(lèi)處理構(gòu)筑物。而且，調(diào)節(jié)池出水泵組的流量也是頻繁而大量波動(dòng)的，從而導(dǎo)致原來(lái)的計(jì)算

63、結(jié)果遠(yuǎn)離運(yùn)行結(jié)果。建立水量平衡模型的根本目的在于，認(rèn)識(shí)水量變化規(guī)律，尋求降低變化幅度的途徑[13]。</p><p>　　水質(zhì)數(shù)學(xué)模型(簡(jiǎn)稱(chēng)水質(zhì)模型) 是水體中污染物隨空間和時(shí)間遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的描述,是一個(gè)用于描述物質(zhì)在水環(huán)境中的混合、遷移過(guò)程的數(shù)學(xué)方程,即描述水體中污染物與時(shí)間、空間的定量關(guān)系。現(xiàn)在模擬水質(zhì)參數(shù)時(shí)間、空間分布的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)作為科學(xué)和管理工具被廣泛應(yīng)用[14]。污染物質(zhì)在水體中的運(yùn)動(dòng)變化包括平流輸移

64、、分散作用輸移、反應(yīng)衰減、底泥與水體之間的相互作用、復(fù)氧等[15]。</p><p>　　泵提升式調(diào)量池?cái)?shù)學(xué)模型的建立</p><p>　　圖2-3為泵提升式調(diào)量池的示意圖。</p><p>　　圖2-1 泵提升式調(diào)量池示意圖</p><p>　　開(kāi)始時(shí)調(diào)量池的進(jìn)水流量等于出水流量,調(diào)量池的液位保持不變，稱(chēng)其為初始液位。</p>

65、<p>　　當(dāng)某時(shí)刻進(jìn)入調(diào)量池的流量突然發(fā)生階梯形變化，即進(jìn)水流量由突變?yōu)?。那么需要一段時(shí)間進(jìn)出水量才能重新達(dá)到平衡，設(shè)這段時(shí)間為t。此時(shí)調(diào)量池水位維持在。則有</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　由泵的出流量公式，則有</p><p><b>　?。?）</b></p>

66、<p>　　設(shè)下級(jí)處理構(gòu)筑物自由液面高度為，則 （3） </p><p><b>　　其中——調(diào)量池水位</b></p><p><b>　　則（2）式可替換為</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>

67、　　由（1）、（2）、（4）得 （5）</p><p>　　公式（5）反映的是在不同進(jìn)出水量的平衡條件下，流量與調(diào)量池水位間的比例關(guān)系。但是它反映的只是兩個(gè)不同的平衡狀態(tài)下特征值之間的相互關(guān)系，不能反映從一個(gè)平衡狀態(tài)到另一個(gè)平衡狀態(tài)的變化過(guò)程。現(xiàn)在我們就分析這個(gè)變化過(guò)程。</p><p>　　推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型假設(shè)條件如下:</p>

68、<p>　　調(diào)量池的進(jìn)水流量是階躍變化的；</p><p>　　泵運(yùn)行穩(wěn)定且是在其Q-H曲線的高效段出水的；</p><p>　　下級(jí)處理構(gòu)筑物自由液面高度是不變的；</p><p>　　數(shù)學(xué)模型中的所有的參數(shù)、變量均不受溫度、濕度等環(huán)境因素的影響。</p><p>　　設(shè)調(diào)量池池底面積為,某時(shí)刻進(jìn)水流量由階躍至，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間調(diào)量池

69、的水位上升到H，在這段時(shí)間內(nèi)取時(shí)間微元dt，在dt時(shí)段內(nèi)調(diào)量池水位上升了dH。 則根據(jù)水量平衡，即調(diào)量池內(nèi)水體積的變化等于進(jìn)出調(diào)量池的水量之差，因此有 （6）</p><p><b>　　整理得</b></p><p><b>　　兩邊積分得</b><

70、/p><p><b>　　左邊=</b></p><p><b>　　右邊=</b></p><p><b>　　綜上有</b></p><p><b>　　令</b></p><p>　　則有 （7）</p

71、><p>　　（7）式反映的是平衡過(guò)程中，調(diào)量池水位同時(shí)間的關(guān)系。</p><p>　　泵的出流量公式 （8）</p><p><b>　　則有</b></p><p><b>　　整理,得</b></p><p>&

72、lt;b>　　代入(7)式中得</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　（9）式反映的是平衡過(guò)程中,泵出流量與時(shí)間的關(guān)系。</p><p>　　泵提升式調(diào)量池實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p

73、>　?。?） 掌握泵特性曲線以及管道特性曲線的測(cè)量方法；</p><p>　?。?） 研究靜揚(yáng)程的變化對(duì)泵出流量的影響；</p><p>　　（3） 研究閥門(mén)開(kāi)啟度對(duì)泵出流量的影響；</p><p>　?。?） 繪制調(diào)量池水位和泵出流量同時(shí)間的關(guān)系曲線，與所得的數(shù)學(xué)模型相比較，驗(yàn)證推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型是否可行。</p><p>　?。?） 分

74、析進(jìn)水為矩形波時(shí)調(diào)量池對(duì)水量的調(diào)節(jié)能力,即研究泵提升式調(diào)量池的消峰作用。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p><b>　　離心泵裝置的工況點(diǎn)</b></p><p>　?。?）通過(guò)對(duì)離心泵特性曲線的理論分析與實(shí)際測(cè)定，可以看出，每一臺(tái)泵在一定的轉(zhuǎn)速下，都有它自己固有的特性曲線，此曲線反映了該泵本身

75、潛在的工作能力。這種潛在的工作能力在現(xiàn)實(shí)泵站的運(yùn)行中，就表現(xiàn)為瞬時(shí)的實(shí)際出水量（Q）、揚(yáng)程（H）、軸功率（N）以及效率（）值等。我們把這些值在Q-H曲線、Q-N曲線、以及Q-曲線上的具體位置，稱(chēng)為該泵裝置的瞬時(shí)工況點(diǎn)，它表示了該泵在此瞬時(shí)的實(shí)際工作能力。</p><p>　?。?）圖解法求離心泵裝置的工況點(diǎn)</p><p>　　離心泵裝置工況如圖所示。畫(huà)出離心泵樣本中提供的該Q-H 曲線，

76、再按公式</p><p>　　，在沿的高度上，畫(huà)出管道損失特性曲線，兩條曲線相交于M點(diǎn)。此M點(diǎn)表示將水輸送到高度為時(shí)，泵供給水的總比能與管道所要求的總比能相等的那個(gè)點(diǎn)，稱(chēng)它為該泵裝置的平衡工況點(diǎn)（也稱(chēng)工作點(diǎn)）。只要外界條件不發(fā)生變化，泵裝置將穩(wěn)定地在這一點(diǎn)工作，其出水量為,揚(yáng)程為。</p><p>　?。?）數(shù)解法求離心泵裝置的工況點(diǎn)</p><p>　　離心泵裝置

77、工況點(diǎn)的數(shù)解，其數(shù)學(xué)依據(jù)是如何由泵及管道特性曲線方程中解出Q和H值，也即由下列兩個(gè)方程式中求解Q、H值。</p><p><b>　　現(xiàn)在確定函數(shù)關(guān)系。</b></p><p>　　現(xiàn)假設(shè)水泵廠樣本中所提供Q-H曲線上的高效段，可用下列方程的形式來(lái)表示，即</p><p>　　式中 ——泵的實(shí)際揚(yáng)程；</p><p>

78、　　——泵在Q=0時(shí)所產(chǎn)生的虛總揚(yáng)程；</p><p>　　——相應(yīng)于流量為Q時(shí)，泵體內(nèi)的虛水頭損失之和，；</p><p>　　——泵體內(nèi)虛阻耗系數(shù)；</p><p>　　m——指數(shù)。對(duì)給水管道一般m=2或m=1.84</p><p><b>　　現(xiàn)采用m=2，則得</b></p><p>　

79、　圖2-2為上式的圖示形式。它將泵的高效段視為曲線的一個(gè)組成部分，并延長(zhǎng)與縱軸相交得值。然后，在高效段內(nèi)任意選取兩點(diǎn)的坐標(biāo)，代入上式則有</p><p><b>　　對(duì)于一臺(tái)泵而言：</b></p><p>　　因、、、均為已知值，故可以求出值，繼而求出值。</p><p><b>　　則有</b></p>

80、<p><b>　　即</b></p><p>　　當(dāng)一定時(shí)，即可求出泵相應(yīng)工況點(diǎn)的流量和揚(yáng)程【16】。</p><p>　　離心泵出水流量的改變</p><p>　　既然離心泵裝置的工況點(diǎn)是建立于泵和管道系統(tǒng)能量供求平衡的關(guān)系上，那么，只要兩種情況之一發(fā)生改變時(shí)，其工況點(diǎn)就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。這種暫時(shí)的平衡點(diǎn)，就會(huì)被另一種新的平衡點(diǎn)所代替。

81、</p><p>　　在定速運(yùn)行的情況下，離心泵裝置工況點(diǎn)的改變，主要是管道系統(tǒng)特性曲線發(fā)生改變而引起的【】。</p><p>　　在本實(shí)驗(yàn)中，泵的工況點(diǎn)的改變引起了泵出流量的變化。由于泵本身的型號(hào)，泵運(yùn)行的實(shí)際轉(zhuǎn)速都是固定的，因此只可能是管道系統(tǒng)特性曲線的變化引起了工況點(diǎn)的改變。而管道系統(tǒng)特性曲線的變化主要是由調(diào)量池水位變化或者管路中閘閥調(diào)節(jié)引起的。</p><p&g

82、t;　　調(diào)量池水位發(fā)生變化時(shí)，泵的靜揚(yáng)程會(huì)發(fā)生改變，從而引起管道系統(tǒng)特性曲線的改變；使用閘閥調(diào)節(jié)時(shí)，閥門(mén)開(kāi)啟度小時(shí)，管道局部阻力增加，S值增大，管道系統(tǒng)特性曲線變陡，泵裝置出水量減少，閥門(mén)開(kāi)啟度增大時(shí)則反之。</p><p>　　綜上所述，本實(shí)驗(yàn)研究調(diào)量池水位變化和管路中閘閥調(diào)節(jié)兩個(gè)因素對(duì)泵出水的影響。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)器材</b></

83、p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)器材的選用</b></p><p>　?。?） 本實(shí)驗(yàn)中的調(diào)量池采用已制作好的水池，其外形尺寸為：長(zhǎng)×寬×高：1250×800×600 mm，包括保護(hù)高度100mm；</p><p>　?。?） 在實(shí)驗(yàn)前先檢查池子是否漏水，若有漏水現(xiàn)象發(fā)生，使用塑料焊條重新焊接；</p>

84、;<p>　?。?） 供水的高位水箱水位必須保持不變，這樣流量才會(huì)穩(wěn)定，可以通過(guò)溢流管來(lái)實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　(4) 高位水箱由水龍頭供水，當(dāng)水龍頭供水量小于水箱的出水量而使水箱水位不能保持時(shí)，用兩個(gè)水龍頭進(jìn)水；</p><p><b>　　（5）管徑的確定，</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)進(jìn)出水管均采用PVC塑料管。

85、 </p><p>　　調(diào)量池有效容積為：1250×800×500=0.5，水力停留時(shí)間取1h，則進(jìn)水流量為，調(diào)量池的斷面流速為</p><p>　　實(shí)驗(yàn)選用DN20,內(nèi)徑為16mm的PVC管，則管內(nèi)流速為</p><p>　　因此采用DN20的PVC管是符合要求的。</p><p><b>　?。?）泵的選用&

86、lt;/b></p><p>　　使水箱水位保持溢流管高度，將水箱的兩個(gè)出水閥門(mén)全開(kāi)，用量筒和秒表測(cè)得水箱的出水流量。測(cè)得的流量約為365mL/s。</p><p>　　因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的研究的是泵的出水量與調(diào)量池進(jìn)水量在后者突變后由初始平衡狀態(tài)逐漸達(dá)到新平衡狀態(tài)的過(guò)程，因此泵的流量應(yīng)該大于365mL/s。此外，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中泵的出水閥門(mén)一般不是全開(kāi)的，所以實(shí)驗(yàn)所需泵的流量相對(duì)于365mL/

87、s的流量值還應(yīng)有較大的富余。</p><p>　　綜上，我選用的是15G0.5-6型泵，其相關(guān)參數(shù)如表2-2所示：</p><p>　　表3-1 15G0.5-6型泵技術(shù)參數(shù)</p><p>　?。?）水泵工作揚(yáng)程的測(cè)量</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中,泵的工作揚(yáng)程可由下式計(jì)算:</p><p>　　其中分別表示承接

88、點(diǎn)壓力表、真空表的讀數(shù)換算的水頭。</p><p>　　因此，在泵前與泵后分別安裝一個(gè)真空表與壓力表以測(cè)量泵的揚(yáng)程,方法詳見(jiàn)具體實(shí)驗(yàn)部分。</p><p>　?。?）調(diào)量池水位的測(cè)量</p><p>　　原先計(jì)劃在調(diào)量池后利用三通接一根測(cè)壓管來(lái)測(cè)調(diào)量池水位,但一方面調(diào)量池到測(cè)壓管之間的水頭損失計(jì)算可能有較大誤差,另一方面在管路上接泵后,因?yàn)楸们皶?huì)有一個(gè)真空度,會(huì)使測(cè)

89、壓管的液位不穩(wěn)定,因此實(shí)際實(shí)驗(yàn)中放棄了這一想法。為了完成對(duì)調(diào)量池液位的測(cè)量,我使用一個(gè)側(cè)壁透明的池子作為實(shí)驗(yàn)用水池,這樣可以用鋼尺直接測(cè)量而同時(shí)避免因不能平視而造成較大誤差的問(wèn)題。</p><p>　?。?）泵出流量的測(cè)量</p><p>　　原先計(jì)劃用超聲波流量計(jì)來(lái)測(cè)量泵的出流量，但經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,超聲波流量計(jì)在測(cè)量小管徑的流量時(shí)誤差很大,因此用秒表和量筒測(cè)定流量。</p>

90、<p><b>　　實(shí)驗(yàn)所需材料表</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)所需材料如表2-2所示。</p><p>　　表3-2 實(shí)驗(yàn)材料表</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)裝置的連接</b></p><p>　?。?）實(shí)驗(yàn)裝置連接示意圖如圖2-4所示；</p><p>

91、　?。?）高位水箱由水龍頭通過(guò)軟管供水，水箱有兩個(gè)出水孔，接兩條進(jìn)水管路，兩條管路上均裝有球閥，兩條水箱出水管與調(diào)量池進(jìn)水管由三通連接；</p><p><b>　?。?）壓力表的安裝</b></p><p>　　在泵出水管的出水口接一個(gè)三通，將壓力表的底座纏上防水膠布插入三通中，保證管道密閉不漏水。</p><p><b>　?。?

92、）水泵的連接</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)所用泵的進(jìn)出口內(nèi)徑為15mm，不能直接接PVC管，因此先在泵的進(jìn)出口接頭上套上軟管，并用管箍固定，再在軟管上接PVC管。</p><p>　　圖3-3 實(shí)驗(yàn)裝置連接示意圖</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備即事先考慮到實(shí)驗(yàn)過(guò)

93、程中可能遇到的問(wèn)題后制定的相應(yīng)的解決方案。</p><p><b>　　（1）水箱進(jìn)水問(wèn)題</b></p><p>　　高位水箱通過(guò)水龍頭經(jīng)軟管供水，若水箱高度過(guò)高，水龍頭水壓可能不足以將水送至水箱，此時(shí)考慮用泵將水抽送上去。</p><p>　　另外，也可能存在水龍頭與水箱距離過(guò)遠(yuǎn)的問(wèn)題，此時(shí)可將兩條軟管用PVC管連接，并用鐵絲或管箍固定。&

94、lt;/p><p>　?。?）調(diào)量池進(jìn)水流量過(guò)大,水龍頭提供的水量不足以保持高位水箱液位不變</p><p>　　可能原因：短管自由出流的作用水頭過(guò)大使得水箱出水流量過(guò)大；也可能是水龍頭水流量不夠大。</p><p>　　解決方案：裁掉一部分溢流管，降低水箱水位；或者裁掉一部分水箱出水管段，減小水箱水面與調(diào)量池進(jìn)水管之間的高差；水龍頭水量不夠時(shí)可以用兩個(gè)水龍頭接進(jìn)水管給

95、水箱供水。</p><p><b>　　具體實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p>　　初始進(jìn)水量下泵的工況點(diǎn)的測(cè)定</p><p><b>　　泵Q-H曲線的測(cè)定</b></p><p>　　（1） 按實(shí)驗(yàn)裝置連接圖連接實(shí)驗(yàn)管路；</p><p>　　（2） 打開(kāi)水箱出水閥門(mén)放水

96、，其余閥門(mén)全開(kāi)，待調(diào)量池達(dá)到一定的水位后開(kāi)始測(cè)量；</p><p>　?。?） 將泵的出水管閥門(mén)關(guān)閉，開(kāi)泵，讀出此時(shí)真空表與壓力表的讀數(shù)，數(shù)據(jù)記錄在表3-3中；</p><p>　?。?） 逐漸加大泵出水管閥門(mén)的開(kāi)啟度，使用量筒和秒表測(cè)量泵的出水流量，測(cè)三次取平均值，注意測(cè)量每一組數(shù)據(jù)前，調(diào)節(jié)水箱出水管的開(kāi)啟度使調(diào)量池的進(jìn)出水量達(dá)到平衡，水位保持不變，將測(cè)得的數(shù)據(jù)同樣記錄在表3-3中。&l

97、t;/p><p>　　表3-3 泵Q-H曲線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</p><p>　　根據(jù)表3-3中的數(shù)據(jù)，擬合得到泵的Q-H曲線，如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-4 擬合得到的泵Q-H曲線</p><p>　　對(duì)所得到的方程進(jìn)行修正，修正過(guò)程如下：</p><p><b>　　可將此式寫(xiě)為</b>&

98、lt;/p><p>　　這就是實(shí)驗(yàn)測(cè)得的15G0.5-6型泵的特性曲線。修正后的曲線如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5 修正得到的泵Q-H曲線</p><p>　　3.5.1.2.初始進(jìn)水量下管道系統(tǒng)特性曲線的測(cè)定</p><p>　?。?） 關(guān)閉水箱一條出水管的閥門(mén),調(diào)節(jié)另一條水箱出水管的閥門(mén)以及泵的出水閥門(mén),使調(diào)量池水位保持不變；

99、</p><p>　?。?）記錄此時(shí)調(diào)量池的水位為16.0cm,則有效水位為=10.5cm，測(cè)壓管的液位=31.0cm，以及高位水箱的進(jìn)水流量；</p><p>　?。?）因?yàn)檎{(diào)量池的液位保持不變，所以泵的出流量；</p><p>　?。?）由，且，可求出此時(shí)的，進(jìn)而得到管道系統(tǒng)特性曲線；</p><p><b>　　由得</

100、b></p><p>　　將代入修正的Q-H曲線方程中，則有</p><p><b>　　則</b></p><p>　　因此，調(diào)量池初始進(jìn)水流量時(shí)的管道系統(tǒng)特性曲線為：</p><p><b>　　其曲線圖形如下：</b></p><p>　　圖3-6 Q10=0.4

101、24m³/h時(shí)的管道系統(tǒng)特性曲線</p><p>　　3.5.1.3初始進(jìn)水流量下泵工況點(diǎn)的確定</p><p>　　初始進(jìn)水流量下泵工況點(diǎn)即為泵的Q-H曲線與初始流量為時(shí)管道系統(tǒng)特性曲線的交點(diǎn)。</p><p>　　圖3-7 Q10=0.424m³/h時(shí)的泵的工況點(diǎn)</p><p>　　知道了初始平衡狀態(tài)下泵的工況點(diǎn)，接

102、下來(lái)就可以根據(jù)工況點(diǎn)的變化來(lái)分析泵出流量的變化了。</p><p>　　靜揚(yáng)程的變化對(duì)泵出流量的影響</p><p>　　（1） 這部分的實(shí)驗(yàn)是接著2.4.1.2做的，閥門(mén)的位置、調(diào)量池水位以及進(jìn)水流量都是不變的。</p><p>　?。?） 水箱一條出水管的閥門(mén)仍然是關(guān)閉的，瞬間增大另一條出水管上閥門(mén)的開(kāi)啟度，并以此時(shí)刻為0時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)；</p>&

103、lt;p>　?。?） 記錄改變后的流量=184.53mL/s,從時(shí)刻0開(kāi)始，每隔3分鐘，30分鐘后每隔5分鐘測(cè)一次調(diào)量池的水位及泵的出流量，將數(shù)據(jù)記錄在表3-4中；</p><p>　?。?） 由表3-4中的數(shù)據(jù)得到調(diào)量池水位以及泵出流量與時(shí)間的關(guān)系曲線，分別見(jiàn)圖3-9與圖3-12。</p><p>　　表3-4 調(diào)量池水位、泵出流量與時(shí)間的關(guān)系曲線</p><p

104、>　　圖3-8 進(jìn)水曲線圖</p><p>　　圖3-9 調(diào)量池水位與時(shí)間關(guān)系圖</p><p>　　因池深所限，實(shí)驗(yàn)不能繼續(xù)進(jìn)行下去直到進(jìn)出水量再次達(dá)到平衡,但本實(shí)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型研究的是從一個(gè)平衡到新平衡的變化過(guò)程,因此盡管還未達(dá)到平衡,但現(xiàn)有數(shù)據(jù)可用來(lái)與數(shù)學(xué)模型相比較。</p><p>　　從圖中可以看出,在進(jìn)水流量改變后,調(diào)量池的水位呈直線上升趨勢(shì),不過(guò)雖

105、然不明顯,上升的趨勢(shì)卻是逐漸減緩的,也就是說(shuō)如果時(shí)間足夠長(zhǎng),池子的水位可能會(huì)達(dá)到平衡,這與數(shù)學(xué)模型的設(shè)想是一致的。下面我們將實(shí)測(cè)曲線與根據(jù)數(shù)學(xué)模型得到的理論曲線相比較。</p><p><b>　　由Q-H曲線:</b></p><p>　　由時(shí)的Q-∑h曲線:</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中即測(cè)壓管的液位值,在泵提升式調(diào)量池?cái)?shù)學(xué)模型的建立過(guò)程中

106、,若管道一定,被認(rèn)為是不變的。</p><p>　　被認(rèn)為是不變的有其必要性和可行性：</p><p>　　必要性：若隨時(shí)間不斷變化，模型中就有三個(gè)變量,無(wú)法建立與的關(guān)系方程。</p><p>　　可行性：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型可知，在一定的時(shí)間內(nèi)，泵的出流量基本是不變的，由于Q-H曲線不變，則泵的揚(yáng)程變化很小。同時(shí)在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中管道的S值也是一定的，那么泵后到出水管口

107、處的水頭損失變化很小，因此出水管口的測(cè)壓管液位基本保持不變。</p><p>　　從實(shí)驗(yàn)具體數(shù)據(jù)分析：</p><p>　　初始流量下測(cè)得測(cè)壓管液位=31.0cm,實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)得測(cè)壓管液位為=29.5cm,而數(shù)學(xué)模型的計(jì)算中是以m為單位的，因此計(jì)算過(guò)程中與的差值可忽略不計(jì)，取==31.0cm，則</p><p>　　已知,剩下的值均可測(cè)得,其中</p>

108、<p><b>　　由，</b></p><p><b>　　將代入并化簡(jiǎn)得：</b></p><p>　　根據(jù)此式得到數(shù)學(xué)模型理論曲線，如圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10 數(shù)學(xué)模型理論H-t曲線</p><p>　　比較理論與實(shí)際的H-t曲線：</p>&

109、lt;p>　　圖3-11 數(shù)學(xué)模型理論H-t曲線與實(shí)測(cè)H-t曲線相比較</p><p>　　從圖3-11可以看出，理論和實(shí)測(cè)曲線調(diào)量池的水位都呈直線上升的趨勢(shì)，二者初始水位相差約5-6cm，造成這種情況的可能原因有兩個(gè)：一是數(shù)學(xué)模型的計(jì)算誤差，比如泵的求得的Q-H曲線與實(shí)際曲線有差異，使數(shù)學(xué)模型中的代入值有所偏差；二是水箱出水管使用的普通閥門(mén)在模擬流量階躍時(shí)會(huì)有一定的滯后，在滯后的時(shí)間里實(shí)際出流量小于理論出

110、流量，使調(diào)量池實(shí)際水位小于理論水位。</p><p>　　但因?yàn)閿?shù)學(xué)模型的計(jì)算中中H是以m為單位的，因此計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)這么小的誤差是可以忽略的，若以m為單位，則兩條曲線的誤差十分微小，因此推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型是可行的。</p><p>　　下面我們來(lái)看泵出流量與時(shí)間的關(guān)系：</p><p>　　圖3-12 泵出流量與時(shí)間關(guān)系圖</p><p>　　

111、從圖中可以看出,在進(jìn)水流量改變后,泵的出流量比較穩(wěn)定，呈逐漸增大的趨勢(shì)，但增長(zhǎng)的速度相當(dāng)緩慢，在很短的時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為泵的出流量不變。下面我們將實(shí)測(cè)曲線與根據(jù)數(shù)學(xué)模型得到的理論曲線相比較。</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)并化簡(jiǎn)得：</b></p><p>　　根據(jù)此式得到數(shù)學(xué)模型

112、理論曲線，如圖3-13所示：</p><p>　　圖3-13 數(shù)學(xué)模型理論Q-t曲線</p><p>　　比較理論與實(shí)際的Q-t曲線：</p><p>　　因?yàn)槭褂昧客埠兔氡頊y(cè)量流量存在較大的誤差，所以實(shí)際測(cè)得的泵出流量曲線波動(dòng)的十分厲害，不過(guò)只局限于一個(gè)很小的范圍內(nèi)，前后變化僅有不到12mL/s,因此可以認(rèn)為泵的出流量隨時(shí)間是非常緩慢的增長(zhǎng)的，這與數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)的結(jié)

113、果一致。</p><p>　　而同一時(shí)刻理論與實(shí)測(cè)的泵出流量有一定的差值，原因可能有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　(1) 數(shù)學(xué)模型的計(jì)算中用到等數(shù)值是在泵工況點(diǎn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中得到的，本身就有一定的誤差；</p><p>　　(2) 量筒和秒表的測(cè)量的誤差；</p><p>　　(3) 泵運(yùn)行時(shí)不穩(wěn)定，其實(shí)際出流量小于理論計(jì)算的出流量，這也可

114、以解釋為什么實(shí)驗(yàn)中調(diào)量池水位上升的速度略快于理論計(jì)算的上升速度。</p><p>　　圖3-14數(shù)學(xué)模型理論Q-t曲線與實(shí)測(cè)Q-t曲線相比較</p><p>　　最后我們來(lái)分析泵工況點(diǎn)的變化：</p><p>　　圖3-15 實(shí)驗(yàn)前后泵工況點(diǎn)的改變</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)前后認(rèn)為泵出水管出水口的測(cè)壓管液位是不變的,因此靜揚(yáng)程的改變主要取決

115、于調(diào)量池水位的變化。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,調(diào)量池的水位從10.5cm上升到43.7cm，則靜揚(yáng)程從20.5cm下降到-12.7cm。管道系統(tǒng)特性曲線方程變?yōu)椋?lt;/p><p>　　工況點(diǎn)略微向右移動(dòng)，也就是說(shuō)泵的出流量會(huì)有增長(zhǎng)，但因?yàn)檎{(diào)量池水位增長(zhǎng)的幅度很小，所以管道系統(tǒng)特性曲線的變化很微小，泵的出流量基本未發(fā)生變化。</p><p>　　管道閘閥調(diào)節(jié)對(duì)泵出流量的影響</p><

116、p>　　(1) 實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-3所示。泵出水管閥門(mén)的位置在3.4.2部分做完之后不變；</p><p>　　(2) 將泵出水管閥門(mén)的開(kāi)啟度增大，關(guān)閉水箱一條出水管的閥門(mén),調(diào)節(jié)另一條水箱出水管的閥門(mén)使調(diào)量池的進(jìn)出水量平衡，即使調(diào)量池水位保持不變；</p><p>　　(3) 記錄此時(shí)調(diào)量池的水位為15.6cm,則有效水位為=10.1cm，測(cè)壓管的液位=92.2cm，以及高位水箱的進(jìn)水

117、流量；</p><p>　　(4) 因?yàn)檎{(diào)量池的液位保持不變，所以泵的出流量；</p><p>　　(5) 由，且，可求出此時(shí)的，進(jìn)而得到新的管道系統(tǒng)特性曲線；</p><p>　　由=92.2-10.1=82.1cm</p><p>　　將代入修正的Q-H曲線方程中，則有：</p><p><b>　　則&

118、lt;/b></p><p>　　因此，調(diào)量池初始進(jìn)水流量時(shí)的管道系統(tǒng)特性曲線為：</p><p><b>　　其曲線圖形如下：</b></p><p>　　圖3-16 閥門(mén)開(kāi)啟度改變后的管道系統(tǒng)特性曲線</p><p>　　那么初始進(jìn)水流量時(shí)泵的工況點(diǎn)為：</p><p>　　圖3-17

119、Q10=0.665m³/h時(shí)的泵的工況點(diǎn)</p><p>　　(6) 水箱一條出水管的閥門(mén)仍然是關(guān)閉的，瞬間增大另一條出水管上閥門(mén)的開(kāi)啟度，并以此時(shí)刻為0時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)；</p><p>　　(7) 記錄改變后的流量=217.73mL/s,從時(shí)刻0開(kāi)始，每隔3分鐘，15分鐘后每隔5分鐘,40分鐘后每隔10分鐘測(cè)一次調(diào)量池的水位及泵的出流量，將數(shù)據(jù)記錄在表3-5中；</p>