利用Mathcad模拟计算水质均化池容积

1、利用Mathcad模拟计算水质均化池容积摘要：利用athad软件对一个典型水样进展了水质均化的模拟计算，给出了五种常用均质过程模拟算法的athad工作表，介绍了athad工作表的编制方法及水质均化池最小有效容积的模拟计算步骤,说明了不同模拟算法的计算结果存在细小差异的原因，以极坐标图显示了水质均化的作用。关键词：均质池水质均化athad模拟SiulativealulatinnaterQualityEqualizatinbyUsingathadAbstrat:Byusingthesftareathad,thesiulativealulatinnaterqualityequalizatinhasb

2、eenadenatypialatersaple.Fivekindsfathadrksheetusednlythepilingethdfathadrksheetandthesiulativealulatinpredurefrtheiniueffetivevlueftheequalizatinbasinispresented.Thereasnfrthesubtledifferentintheresultsfdifferentethdisalsexplained.Atlasttheauthrshsusthefuntinfaterqualityequalizatinbyplardiagra.Keyrd

3、s:equalizatinbasin;aterquality;equalizatin;athad;siulate由于均质过程受水质数据和水量数据两个方面的不均匀特征共同影响，所以没有可靠的直观和经历方法用来确定均质池池容，只有通过对过程的模拟才能准确获得均质池池容。在设计中模拟方法的应用除了要正确理解均化过程外，在均质池池容计算方法根底上，给出便利的模拟手段显得非常重要。对详细废水，除了用算法语言编制程序来模拟计算外，还可以使用通用计算软件来完成。本文介绍使用athad软件来完成均质池池容模拟计算的方法。1均质池模拟计算例如数据的读取与处理废水水量水质数据以纯文本文件写成三列第一列为时段序数i

4、，第二列为进水流量Qi，第三列为进水浓度ai。计算例如24小时为一个不均匀变化周期，监测时间间隔t为1小时，所有水量水质数据写在文本文件中，本例如数据文件为：tjdata6.txt，内容如下：iQiaiiQiai0.10060.0120.32517010.12090.0130.33017520.205130140.36521030.355175150.40028040.410200160.40030550.425215170.38024560.430220180.34518070.425220190.27515080.405210200.22011590.385200210.16575.010

5、0.350190220.13050.0110.325180230.10545.0为了利用athad作多周期模拟计算，编写读取数据文件并对水量和浓度数据，并能产生多周期水质水量数据的athad工作表部分，这部分工作表如下：=60为时间单位转换系数T为模拟的周期数，这里赋初值为4，由读取tjdata6.txt形成的矩阵TJDATA提取水质数据列向量为ai、水量数据列向量为Q，按周期性变化规律生成新的T个周期的均化过程进水数据列向量a和Q。平均进水流量q是各时段平均进水流量的平均值。2恒水位水质均化池最小有效容积计算例如按最大浓度与平均浓度之比PF1.2作为水质均化浓度要求，根据恒水位水质均化池最小

6、池容迭代计算数学模型，利用athad软件编制的工作表，进展4周期均化过程的模拟计算，经数次尝试后，满足废水均化要求的最小池容确定为V。节点数学模型解的浓度迭代公式：(1)微分过程数学模型解的浓度迭代公式：(2)式中模拟结果数据说明，当均化池运行一个周期后，均化池内的浓度已开始稳定，也即通常只模拟试算两到三个周期就能确定一个计算容积是否符合要求。2.1利用节点数学模型模拟利用节点数学模型解的浓度迭代公式1，编写athad工作表，尝试取值并最终取平均停留时间，池内原初浓度后，即完成模拟计算。如下所示：2.2利用混合过程数学模型模拟利用微分过程数学模型解的浓度迭代公式2，编写athAD工作表，尝试取

7、值并最终取，后，即完成模拟计算。在读取和预先处理水样数据之后的工作表部分如下所示：3变水位水质均化池容积计算例如变水位水质均化池连续均匀出水、出水浓度峰值比要求为PF=1.2时，根据变水位水质均化池数学模型，利用athAD软件编制的工作表。变水位水质均化模型有三个，它们的池内存水体积变化迭代式都是：(3)节点数学模型的浓度迭代公式：(4)微分过程数学模型的一种浓度迭代公式：(5)式中：微分过程数学模型的另一个浓度迭代公式为：(6)式中：利用工作表，经尝试就确定了最小有效池容计算值为工作表中V的值,出水浓度的比较与池内存水量变化可分别作图表示。3.1利用节点数学模型模拟按方程3、4编写工作表并试

8、算：3.2利用微分数学模型模拟之一按方程3、5编写工作表并试算：3.3利用微分数学模型模拟之二按方程3、6编写工作表并试算：4算法的差异与选用建议由于在进水条件一样时，不同数学模型对均质池单一时段内混过过程的描绘不同，即节点数学模型以线性关系描绘，两个微分模型以不同的指数关系描绘，所以计算结果略有不同。一般模拟所得的均质池容积V：恒水位均质时2式的1式的；变水位均质时(6)式的5式的4式的。实际上，在确定设计用池容时要通过平安系数校正，所以各模拟结果都会在准确可用的范围之内。通过多种水样模拟实验的经历发现，当监测数据少或监测时间间隔大时，使用2式作恒水位均质时均质池容积模拟计算、用6式作变水位

9、均质时的均质池容积模拟计算更合理。而对数据充分且时间间隔小的情况，用节点模型与微分模型的计算结果根本一样。5均质池均化效果图示详细水样的水量、水质不均匀特征一般是独特的。为了更好地适应周期性特点显示计算结果，在此选用极坐标作图。幅线位置代表时段顺序点，按逆时针顺序自i=0幅角为0度开始排列，依例如水样不均匀周期以24小时为一个周期。如图5、6是例如水样的进水水质和水量变化曲线，当水质均化至PF1.2后，由上述各种模拟计算过程所得恒水位和变水位均质池出水浓度值极其相近，在此可以用图7说明各种均质池的均化效果。图1进水浓度变化曲线图2进水流量变化曲线图3出水浓度变化曲线6结语本文利用两类均质池最小有效容积的迭代计算公式，分别编写了athad工作表，很方便地完成了均化过程的模拟计算。在athad软件环境下，输入本文中的工作表，与数据文件保存在同一个目录下，就可以进展不同水样的水质均化模拟计算。参考文献1张钰镭.水质