[发明专利]切应力相等旋转圆盘电极等效模拟管道水流动状态的方法

说明书

本发明涉及再生水安全及腐蚀科学领域，为提出一种水流在圆盘电极工作表面与实际管道壁面切应力相等原则的以旋转圆盘电极等效模拟再生水管道流动状态的方法，建立等效模拟方程，并根据实际再生水管道流速，确定旋转圆盘电极转速范围，本发明，切应力相等旋转圆盘电极等效模拟管道水流动状态的方法，第一步：建立再生水对实际管道壁面的切应力方程；第二步：分析圆盘电极旋转时附近溶液的流动状态；第三步：建立等效模拟方程；第四步：根据实际再生水管道管径及流速资料，将各参数代入等效模拟方程，经计算选取旋转圆盘电极转速范围。本发明主要应用于再生水安全及腐蚀场合。

技术领域

本发明涉及再生水安全及腐蚀科学领域，更具体的说，是涉及一种基于水流在圆盘电极工作表面与实际管道壁面切应力相等原则的以旋转圆盘电极等效模拟再生水管道流动状态的方法。

背景技术

再生水作为一种新兴的水资源，与海水淡化、跨流域调水相比具有明显的优势。已有研究表明给水管道在长期输水过程中，由于同时存在着悬浮物沉淀、钙镁离子沉积、微生物富集和金属电化学腐蚀等多个物理、化学及微生物反应过程，不可避免地导致管道内壁形成结构各异、成分复杂的垢层。这些垢层将会影响供水水质和管道输水能力，不利于管网安全运行。目前，国内外关于管道结垢的研究多集中在给水管道。与自来水相比，再生水含有较多的无机和有机成分，水质构成更为复杂；再生水管网常采用树状管网布置，较之环状布置的给水管网，其流速降低，水力停留时间延长，管网输配过程中的物化和生化反应也更为剧烈。水质与水力因素导致再生水管道结垢规律、结垢速率等都与给水管道不同，因此对再生水管道结垢的研究很有必要。

国内研究在成垢动力学领域方面，大多是在静态条件下通过配置pH、碱度、硬度都较高的溶液进行试验，从而建立动力学方程。但静态条件无法模拟实际再生水管道的状态，无法得到管垢在流动状态的传质速率。因此，在动态条件下对成垢过程进行研究尤为重要。然而，目前并没有相关专利为采用旋转圆盘电极等效模拟实际管流状态提供一个科学有效的方法。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种水流在圆盘电极工作表面与实际管道壁面切应力相等原则的以旋转圆盘电极等效模拟再生水管道流动状态的方法，建立等效模拟方程，并根据实际再生水管道流速，确定旋转圆盘电极转速范围。为此，本发明采取的技术方案是，切应力相等旋转圆盘电极等效模拟管道水流动状态的方法，步骤如下：

第一步：依托边界层的概念，确定基于切应力相等原则的等效模拟的合理性，建立再生水对实际管道壁面的切应力方程；

第二步：分析圆盘电极旋转时附近溶液的流动状态，建立由旋转电极带动的水流在圆盘电极工作表面形成的切应力方程；

第三步：根据切应力相等原则，以旋转圆盘电极等效模拟再生水管道流动状态，建立等效模拟方程；

第四步：根据实际再生水管道管径及流速资料，将各参数代入等效模拟方程，经计算选取旋转圆盘电极转速范围。

第一步：建立再生水对实际管道壁面的切应力方程，具体步骤如下：

对实际管道来说：

式中：τ₀为管壁上的切应力，Pa；λ为沿程阻力系数；ρ为流体密度，kg/m³；v为断面平均流速，m/s；

对实际再生水管道来说，圆管中液流状态为紊流，故有：

式中：△为壁面当量粗糙度；d为管段管径。

第二步：建立由旋转电极带动的水流在圆盘电极工作表面形成的切应力方程，具体过程如下：