利用Mathcad模擬計算水質(zhì)均化池容積

1、利用Mathcad模擬計算水質(zhì)均化池容積摘要：利用athad軟件對一個典型水樣進展了水質(zhì)均化的模擬計算，給出了五種常用均質(zhì)過程模擬算法的athad工作表，介紹了athad工作表的編制方法及水質(zhì)均化池最小有效容積的模擬計算步驟,說明了不同模擬算法的計算結(jié)果存在細小差異的原因，以極坐標圖顯示了水質(zhì)均化的作用。關(guān)鍵詞：均質(zhì)池水質(zhì)均化athad模擬SiulativealulatinnaterQualityEqualizatinbyUsingathadAbstrat:Byusingthesftareathad,thesiulativealulatinnaterqualityequalizatinhasb

2、eenadenatypialatersaple.Fivekindsfathadrksheetusednlythepilingethdfathadrksheetandthesiulativealulatinpredurefrtheiniueffetivevlueftheequalizatinbasinispresented.Thereasnfrthesubtledifferentintheresultsfdifferentethdisalsexplained.Atlasttheauthrshsusthefuntinfaterqualityequalizatinbyplardiagra.Keyrd

3、s:equalizatinbasin;aterquality;equalizatin;athad;siulate由于均質(zhì)過程受水質(zhì)數(shù)據(jù)和水量數(shù)據(jù)兩個方面的不均勻特征共同影響，所以沒有可靠的直觀和經(jīng)歷方法用來確定均質(zhì)池池容，只有通過對過程的模擬才能準確獲得均質(zhì)池池容。在設(shè)計中模擬方法的應(yīng)用除了要正確理解均化過程外，在均質(zhì)池池容計算方法根底上，給出便利的模擬手段顯得非常重要。對詳細廢水，除了用算法語言編制程序來模擬計算外，還可以使用通用計算軟件來完成。本文介紹使用athad軟件來完成均質(zhì)池池容模擬計算的方法。1均質(zhì)池模擬計算例如數(shù)據(jù)的讀取與處理廢水水量水質(zhì)數(shù)據(jù)以純文本文件寫成三列第一列為時段序數(shù)i

4、，第二列為進水流量Qi，第三列為進水濃度ai。計算例如24小時為一個不均勻變化周期，監(jiān)測時間間隔t為1小時，所有水量水質(zhì)數(shù)據(jù)寫在文本文件中，本例如數(shù)據(jù)文件為：tjdata6.txt，內(nèi)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為了利用athad作多周期模擬計算，編寫讀取數(shù)據(jù)文件并對水量和濃度數(shù)據(jù)，并能產(chǎn)生多周期水質(zhì)水量數(shù)據(jù)的athad工作表部分，這部分工作表如下：=60為時間單位轉(zhuǎn)換系數(shù)T為模擬的周期數(shù)，這里賦初值為4，由讀取tjdata6.txt形成的矩陣TJDATA提取水質(zhì)數(shù)據(jù)列向量為ai、水量數(shù)據(jù)列向量為Q，按周期性變化規(guī)律生成新的T個周期的均化過程進水數(shù)據(jù)列向量a和Q。平均進水流量q是各時段平均進水流量的平均值。2恒水位水質(zhì)均化池最小有效容積計算例如按最大濃度與平均濃度之比PF1.2作為水質(zhì)均化濃度要求，根據(jù)恒水位水質(zhì)均化池最小

6、池容迭代計算數(shù)學(xué)模型，利用athad軟件編制的工作表，進展4周期均化過程的模擬計算，經(jīng)數(shù)次嘗試后，滿足廢水均化要求的最小池容確定為V。節(jié)點數(shù)學(xué)模型解的濃度迭代公式：(1)微分過程數(shù)學(xué)模型解的濃度迭代公式：(2)式中模擬結(jié)果數(shù)據(jù)說明，當均化池運行一個周期后，均化池內(nèi)的濃度已開始穩(wěn)定，也即通常只模擬試算兩到三個周期就能確定一個計算容積是否符合要求。2.1利用節(jié)點數(shù)學(xué)模型模擬利用節(jié)點數(shù)學(xué)模型解的濃度迭代公式1，編寫athad工作表，嘗試取值并最終取平均停留時間，池內(nèi)原初濃度后，即完成模擬計算。如下所示：2.2利用混合過程數(shù)學(xué)模型模擬利用微分過程數(shù)學(xué)模型解的濃度迭代公式2，編寫athAD工作表，嘗試取

7、值并最終取，后，即完成模擬計算。在讀取和預(yù)先處理水樣數(shù)據(jù)之后的工作表部分如下所示：3變水位水質(zhì)均化池容積計算例如變水位水質(zhì)均化池連續(xù)均勻出水、出水濃度峰值比要求為PF=1.2時，根據(jù)變水位水質(zhì)均化池數(shù)學(xué)模型，利用athAD軟件編制的工作表。變水位水質(zhì)均化模型有三個，它們的池內(nèi)存水體積變化迭代式都是：(3)節(jié)點數(shù)學(xué)模型的濃度迭代公式：(4)微分過程數(shù)學(xué)模型的一種濃度迭代公式：(5)式中：微分過程數(shù)學(xué)模型的另一個濃度迭代公式為：(6)式中：利用工作表，經(jīng)嘗試就確定了最小有效池容計算值為工作表中V的值,出水濃度的比較與池內(nèi)存水量變化可分別作圖表示。3.1利用節(jié)點數(shù)學(xué)模型模擬按方程3、4編寫工作表并試

8、算：3.2利用微分數(shù)學(xué)模型模擬之一按方程3、5編寫工作表并試算：3.3利用微分數(shù)學(xué)模型模擬之二按方程3、6編寫工作表并試算：4算法的差異與選用建議由于在進水條件一樣時，不同數(shù)學(xué)模型對均質(zhì)池單一時段內(nèi)混過過程的描繪不同，即節(jié)點數(shù)學(xué)模型以線性關(guān)系描繪，兩個微分模型以不同的指數(shù)關(guān)系描繪，所以計算結(jié)果略有不同。一般模擬所得的均質(zhì)池容積V：恒水位均質(zhì)時2式的1式的；變水位均質(zhì)時(6)式的5式的4式的。實際上，在確定設(shè)計用池容時要通過平安系數(shù)校正，所以各模擬結(jié)果都會在準確可用的范圍之內(nèi)。通過多種水樣模擬實驗的經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)，當監(jiān)測數(shù)據(jù)少或監(jiān)測時間間隔大時，使用2式作恒水位均質(zhì)時均質(zhì)池容積模擬計算、用6式作變水位

9、均質(zhì)時的均質(zhì)池容積模擬計算更合理。而對數(shù)據(jù)充分且時間間隔小的情況，用節(jié)點模型與微分模型的計算結(jié)果根本一樣。5均質(zhì)池均化效果圖示詳細水樣的水量、水質(zhì)不均勻特征一般是獨特的。為了更好地適應(yīng)周期性特點顯示計算結(jié)果，在此選用極坐標作圖。幅線位置代表時段順序點，按逆時針順序自i=0幅角為0度開始排列，依例如水樣不均勻周期以24小時為一個周期。如圖5、6是例如水樣的進水水質(zhì)和水量變化曲線，當水質(zhì)均化至PF1.2后，由上述各種模擬計算過程所得恒水位和變水位均質(zhì)池出水濃度值極其相近，在此可以用圖7說明各種均質(zhì)池的均化效果。圖1進水濃度變化曲線圖2進水流量變化曲線圖3出水濃度變化曲線6結(jié)語本文利用兩類均質(zhì)池最小有效容積的迭代計算公式，分別編寫了athad工作表，很方便地完成了均化過程的模擬計算。在athad軟件環(huán)境下，輸入本文中的工作表，與數(shù)據(jù)文件保存在同一個目錄下，就可以進展不同水樣的水質(zhì)均化模擬計算。參考文獻1張鈺鐳.水質(zhì)