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用Autolisp语言编制絮凝一沉淀池设计程序
作者:陈莉 范跃华  时间:2007/11/25 12:31:00  来源:论文天下论文网

摘要:提出一种水处理絮凝一沉淀池设计的标准化方法,并用Autolisp语言编程,实现了计算机自动设计、计算、绘图的功能。此方法也可以推广应用于其它水处理构筑物设计,实现设计智能化。

关键词:絮凝池 Autolisp

 

概述

  近几年来,CAD技术已被各种门类的广大工程技术人员用作产品设计和工程设计,并作为分析和绘图的有效工具,实现产品和工程设计的自动化。CAD技术把计算机的快速、准确的特点和设计者的逻辑思维及综合能力结合起来,可以加速设计进程。缩短设计周期、提高设计质量。笔者将AutoCAD内嵌的Autolisp语言应用于水处理构筑物的设计。以栅条式水力絮凝一平面图设计为例,说明如何充分利用Autolisp的计算功能,使计算结果即可用于绘图,实现快速、高效、智能化设计的绘图工作。

1 数学模型的建立

1.1 栅条式水力絮凝池的计算标准化
  
栅条式水力絮凝池的计算通常都是按照《给水排水设计手册》进行的,这种方法在实际计算时是可行的,但存在以下几个问题:①以流速v作为设计参数存在不合理性,水力搅拌絮凝池是通过水力作用(同时消耗水体能量)达到使絮体并大的目的,絮凝效果只与有效能耗直接相关;②进行流速参数重新选用时,原先的计算全部作废,故计算效率降低;③如用计算机计算,以往的设计软件没有自动调整参数的功能,需人为干预。
  针对上述情况,笔者提出一种有利于计算机实现的标准化设计方法,称之为能耗分配法,程序步骤如下所述:
  ①根据设计流量,选择合适的絮凝池池型;
  ②输入唯一的设计参数,即絮凝时间t,t可根据《给水排水设计手册》或生产经验确定,对水力栅条絮凝池,t=8~15 min;
  ③根据h=α·t,计算絮凝池总水头损失H。其中α为单位反应时间的能耗(水头损失)。此公式反映了絮凝池水头损失同絮凝时间之间的关系。该公式的理论基础是:由速度梯度G值的计算公式式(l),因为γ、μ均为常数,要保证G值在一定范围内,h/t必为一定范围内的值,根据生产实践数据,平均G值大致40~50 S-1较合适,经过计算:

  α=h/t=1.0~1.5cm/min;

  速度梯度C的计算公式:

  G=[(γ/μ)×(h/t)]0.5        (1)

  式中:G——速度梯度,S-1
     γ——水的重度,N/m3
     h——絮凝池水头损失,m;
     μ——动力粘性系数,Pa·s;
     t——絮凝时间,S。

  ④能耗分配:笔者根据相关文献新型絮凝池的水头损失与絮凝时间之间的关系,绘出如图1曲线。

  其中Xi=ti/t,ti表示絮凝历时;

  yi=hi/h,hi表示由t=0到t=ti这段时间内的累计水头损失;

  设曲线方程为 y=x/(ax+b),整理得:

  1/y=a+b/x

  作直线拟合,求得系数a≈0.8,b≈0.2故得到能耗分配公式:

  y=x/(0.8x+0.2)           (2)

  将絮凝池分为N段,每段的水头损失可用以上能耗分配经验公式计算:

  故X为无因次累计絮凝历时,y为无因次累计水头损失。通常将絮凝池分为三段,则三段的水头损失分别为:

    h1=y1·h
    h2=(y2-y1)·h        (3)
    h3=(y3-y2)·h

  ⑤选定每段栅条板层数ni,计算出一层栅条板的水头损失h0i;及相应的开孔率εi;

     h0i=hi/ni;                     (4)

  并由水头损失计算公式(式5)计算开孔率(式6):                     2

  式中 v——空室流速,m/s;
     V1——水流通过栅条的流速,简称过栅流速,m/s;
     g——重力加速度,m/s2

  ⑥校核G、GT值:由于在进行设计之前,G值和GT值已考虑在合理范围内,故这一步计算后整个计算过程结束。
  上述水力絮凝池计算的能耗分配法从能量损失的观点出发,充分考虑了能耗适应絮体成长的需要,编成计算机程序也是十分方便的。以往在进行水处理构筑物设计的时候,由于各个设计者所选参数的不同,因此计算结果会有较大差异;而采用上述方法,用计算机进行设计的时候,如果不是有意识地人为干预参数的选择,其计算结果将是唯一的,这就是标准化设计的优越性。
1.2 絮凝池平面布置标准化
  
根据水力计算结果,即可进行平面布置,同样以栅条絮凝池设计为例,如下所述:
  ①根据流量大小,选用已事先标准化的池型,例如采用30格模式(昆山模式)、18 格模式(洪湖模式)等多种标准形式;
  ②根据V=Q·t,计算出絮凝池体积V;
  ③根据A=V/H(H为絮凝池高度基本为定值,由后续斜管高度确定),计算絮凝池面积A,然后根据所选池型的不同,计算单格面积a=A/n(n为格数);
  ④确定单格的平面尺寸;
  ⑤其它各种尺寸和参数均按预先标准化的设计池型进行计算和绘图。
  综上所述,将絮凝池的平面布置设计标准化后,可以很方便地用Autolisp语言实现,所编程序也十分简洁。
1.3 沉砂池、设计的标准化
  
沉砂池、的设计计算采用《手册》中的方法,平面布置应考虑与絮凝池的衔接,这样即可得到标准化池型。



2 设计计算软件

  基于以上思想笔者设计了一个集设计、绘图于一体的栅条絮凝一斜管的程序,用Autolisp语言编写,该程序只需输入设计流量和絮凝时间,其余计算和绘图则均由计算机自动完成,程序运行后输出平面布置图和计算结果。参数输入亦可通过人机对话的形式进行。

2.1 主程序框图
 
 该程序由几个子程序构成,主程序框图如图2。

2.2 程序的操作
  
该程序只需输入流量Q和絮凝时间t,就可以输出相应的参数和絮凝平面图。

3 结语

  ①在水处理工程设计计算中,传统算法都是先进行参数的选取,参数选择的范围较大,选取得是否合理依赖于设计者的经验。本设计采用了一种标准化的方法,减少参数的选择,并使计算过程一步完成。此方法可推广到其它水处理构筑物的设计中,必将大大简化计算过程。
  ②所编程序既能用计算机设计计算,也能通过人机对话设计计算。
  ③由所编程序可直接生成平面布置图,可作为实际出图的样板模块加以使用,至于有关剖面图、,可按以上思路作同样处理自动计算和出图。
  ④目前所作到的仅是自动显示计算结果和样板模块,如何将各样板模块集成化,实现全自动出图,还需作进一步的研究。

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[本文关键字] 絮凝池 autolisp 语言 编制 絮凝 设计 程序
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