利用Mathcad模擬計(jì)算水質(zhì)均化池容積

1、利用Mathcad模擬計(jì)算水質(zhì)均化池容積摘要：利用athad軟件對(duì)一個(gè)典型水樣進(jìn)展了水質(zhì)均化的模擬計(jì)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(jì)算步驟,說明了不同模擬算法的計(jì)算結(jié)果存在細(xì)小差異的原因，以極坐標(biāo)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(gè)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(duì)過程的模擬才能準(zhǔn)確獲得均質(zhì)池池容。在設(shè)計(jì)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(jì)算方法根底上，給出便利的模擬手段顯得非常重要。對(duì)詳細(xì)廢水，除了用算法語(yǔ)言編制程序來模擬計(jì)算外，還可以使用通用計(jì)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(jì)算的方法。1均質(zhì)池模擬計(jì)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(shí)段序數(shù)i

4、，第二列為進(jìn)水流量Qi，第三列為進(jìn)水濃度ai。計(jì)算例如24小時(shí)為一個(gè)不均勻變化周期，監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔t為1小時(shí)，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(jì)算，編寫讀取數(shù)據(jù)文件并對(duì)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(shí)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(gè)周期的均化過程進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)列向量a和Q。平均進(jìn)水流量q是各時(shí)段平均進(jìn)水流量的平均值。2恒水位水質(zhì)均化池最小有效容積計(jì)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(jì)算數(shù)學(xué)模型，利用athad軟件編制的工作表，進(jìn)展4周期均化過程的模擬計(jì)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(diǎn)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(dāng)均化池運(yùn)行一個(gè)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(gè)周期就能確定一個(gè)計(jì)算容積是否符合要求。2.1利用節(jié)點(diǎn)數(shù)學(xué)模型模擬利用節(jié)點(diǎn)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(shí)間，池內(nèi)原初濃度后，即完成模擬計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)，根據(jù)變水位水質(zhì)均化池?cái)?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(gè)，它們的池內(nèi)存水體積變化迭代式都是：(3)節(jié)點(diǎn)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(gè)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(jì)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(diǎn)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?jǐn)?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?jǐn)?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(jìn)水條件一樣時(shí)，不同數(shù)學(xué)模型對(duì)均質(zhì)池單一時(shí)段內(nèi)混過過程的描繪不同，即節(jié)點(diǎn)數(shù)學(xué)模型以線性關(guān)系描繪，兩個(gè)微分模型以不同的指數(shù)關(guān)系描繪，所以計(jì)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(shí)2式的1式的；變水位均質(zhì)時(shí)(6)式的5式的4式的。實(shí)際上，在確定設(shè)計(jì)用池容時(shí)要通過平安系數(shù)校正，所以各模擬結(jié)果都會(huì)在準(zhǔn)確可用的范圍之內(nèi)。通過多種水樣模擬實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)少或監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔大時(shí)，使用2式作恒水位均質(zhì)時(shí)均質(zhì)池容積模擬計(jì)算、用6式作變水位

9、均質(zhì)時(shí)的均質(zhì)池容積模擬計(jì)算更合理。而對(duì)數(shù)據(jù)充分且時(shí)間間隔小的情況，用節(jié)點(diǎn)模型與微分模型的計(jì)算結(jié)果根本一樣。5均質(zhì)池均化效果圖示詳細(xì)水樣的水量、水質(zhì)不均勻特征一般是獨(dú)特的。為了更好地適應(yīng)周期性特點(diǎn)顯示計(jì)算結(jié)果，在此選用極坐標(biāo)作圖。幅線位置代表時(shí)段順序點(diǎn)，按逆時(shí)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(shí)為一個(gè)周期。如圖5、6是例如水樣的進(jìn)水水質(zhì)和水量變化曲線，當(dāng)水質(zhì)均化至PF1.2后，由上述各種模擬計(jì)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(jìn)水濃度變化曲線圖2進(jìn)水流量變化曲線圖3出水濃度變化曲線6結(jié)語(yǔ)本文利用兩類均質(zhì)池最小有效容積的迭代計(jì)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(jì)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(gè)目錄下，就可以進(jìn)展不同水樣的水質(zhì)均化模擬計(jì)算。參考文獻(xiàn)1張鈺鐳.水質(zhì)