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黄河泥沙架桥絮凝体的分形特性研究

作　者: 李冬梅
导　师: 金同轨
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 市政工程
关键词: 黄河泥沙沉降图像分析质量分维阳离子高分子聚合物絮凝机理吸附性能水力流动特性絮凝体最佳结构分形特性
分类号: TV142
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

以黄河高浊度水为代表的高浓度悬浊液的沉降基本属于干扰沉降现象。传统的干扰沉降理论与公式未能说明静水与动水絮凝过程各个参数对絮体形态及其结构的影响,不能定量与真实地反映干扰沉降时的实际情况。论文运用分形数学理论把絮体的静止结构与其生长、破碎等动态过程结合起来,对黄河高浊度水的沉降规律、投加高分子絮凝剂后的絮体分形特性、生长模式及絮体构造动态演变过程作深入的研究。从而更准确地定量描述与解释絮凝过程,预测絮凝结果,有效控制整个絮凝过程的各个变量,达到最佳絮凝效果。本文主要研究黄河泥沙与阳离子高分子聚合物絮凝形成的絮凝体的分形特性以及水力流动特性对絮凝体分形特性的影响;探讨剪切絮凝条件下高分子絮凝剂的架桥絮凝机理与絮凝体分形结构的动态演变过程;通过相同絮凝条件下高岭土颗粒及标准粒子与高分子絮凝剂的架桥絮凝实验,进一步分析探讨了黄河高浊度水架桥絮凝体的分形特性与高分子絮凝剂的吸附性能与分形行为。泥沙絮凝体结构具有广泛意义上的自相似性。在快速与陧速搅拌阶段,絮凝体的生长机制分别以DLCA模式和RLCA模式为主。利用密度-密度相关函数基于计盒维数中的网格法理论计算不同絮凝条件下絮凝体的分维D2=1.4±0.1～1.9±0.1;利用沉降实验数据由絮凝体干质量与当量球体粒径的函数关系求出不同絮凝条件下形成的絮凝体的分维D3=1.7±0.1～2.2±0.1。本文采用沉降技术及图像分析技术分析探讨了泥沙架桥絮凝体的分形特性,并得到表征絮凝体分形特性的各个参数（如絮凝体粒径、孔隙率、有效密度、沉速、强度等）与分数维D₃存在某种相关关系。（1）粒径分布: 絮凝体粒径分布曲线形状类似广义的正态分布。粒径分布扩展范围可用参数“分维D”表述。D>2时,峰值的粒径扩展范围相对要窄。当分维D降低时,粒径分布范围扩宽。从沉降数据得到粒径分布与分维的函数关系为:

全文目录

1 绪论  16-29
  1．1 研究背景  16-22
    1．1．1 黄河高浊度水的研究现状  16-17
    1．1．2 高浊度水的传统沉降理论及其局限性  17-21
    1．1．3 絮凝形态学与分形理论在混凝领域研究中的应用  21-22
  1．2 混凝过程的分形研究进展  22-25
    1．2．1 传统混凝理论的局限性  22
    1．2．2 分形理论在水处理混凝领域中的研究进展  22-25
  1．3 课题来源，研究目的、内容及方法  25-26
    1．3．1 课题来源及研究目的  25
    1．3．2 课题研究内容及研究方法  25-26
  参考文献  26-29
2 混凝与絮凝过程的分形  29-54
  2．1 引言  29-30
  2．2 絮凝体结构的分形描述  30-33
    2．2．1 基本理论  30-32
    2．2．2 计算机模拟的聚集体结构  32-33
  2．3 分维的计算方法  33-36
  2．4 絮凝体的分形特性  36-41
    2．4．1 絮凝体的粒径分布  36-37
    2．4．2 絮凝体的沉速  37-38
    2．4．3 絮凝体的密度与孔隙率  38-39
    2．4．4 絮凝体的强度  39-40
    2．4．5 絮凝条件  40-41
    2．4．6 结论  41
  2．5 高分子絮凝剂的吸附特性与分形特性  41-54
    2．5．1 高分子絮凝剂的吸附特性  41-46
    2．5．2 高分子链的分形特性  46-54
3 实验  54-60
  3．1 实验设计  54
    3．1．1 黄河高浊度水的动水实验与静水实验  54
    3．1．2 静水实验絮凝过程泥沙絮体的立体显微摄像  54
    3．1．3 最佳絮凝状态下泥沙絮体的扫描电镜(或透射电镜)摄像  54
  3．2 实验材料与方法  54-57
    3．2．1 材料  54-55
    3．2．2 实验步骤  55-56
    3．2．3 泥沙颗粒的形态学特征  56
    3．2．4 架桥絮凝体的形态学特征  56-57
    3．2．5 沉降实验  57
  3．3 实验仪器与分析方法  57-60
    3．3．1 实验仪器  57-58
    3．3．2 表征絮凝体分形特性的参数及其分析方法  58-60
4 黄河泥沙架桥絮凝体的质量分形  60-102
  4．1 絮凝体的质量分形测试技术  60-73
    4．1．1 散射  60-63
    4．1．2 沉降  63-67
    4．1．3 图像分析技术  67-69
    4．1．4 其它测试技术的性质  69-70
    4．1．5 各种技术的比较  70-72
    4．1．6 结束语  72-73
  4．2 黄河泥沙架桥絮凝体的质量分形  73-102
    4．2．1 引言  73-74
    4．2．2 质量分维的推导  74-82
    4．2．3 黄河泥沙架桥絮凝体的分形特性研究  82-94
    4．2．4 结论  94-102
5 水力流动特性对黄河泥沙絮凝形态学的影响  102-112
  5．1 前言  102-104
  5．2 剪切速率的影响  104-108
  5．3 剪切时间的影响  108-110
  5．4 结论  110
  参考文献  110-112
6 剪切絮凝条件下的架桥絮凝机理与絮凝体结构演变研究  112-122
  6．1 前言  112-113
  6．2 剪切絮凝条件下的架桥絮凝机理  113-116
  6．3 剪切絮凝条件下架桥絮凝体分形结构的演变研究  116-118
  6．4 结论  118-120
  参考文献  120-122
7 高分子絮凝剂的吸附性能与分形特性  122-135
  7．1 引言  122-124
  7．2 高分子聚合物在高浓度泥沙颗粒悬浊液中的特性  124-129
    7．2．1 阳离子高分子絮凝剂在高浓度泥沙颗粒悬浊液中的特性  124-127
    7．2．2 不同类型高分子絮凝剂在高浓度泥沙颗粒悬浊液中的特性比较  127-129
  7．3 高分子聚合物在高浓度高岭土颗粒悬浊液中的特性  129
  7．4 高分子聚合物在高浓度标准粒子悬浊液中的特性  129-131
  7．5 结论  131-133
  参考文献  133-135
8 结论与建议  135-142
  8．1 结论  135-141
  8．2 建议  141-142
致谢  142-143
附录：博士期间研究成果总结  143
  博士期间发表的论文  143
  博士期间科研项目  143

黄河泥沙架桥絮凝体的分形特性研究

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