劉俊新 李圭白

　　對(duì)于單純用水反沖洗濾池，設(shè)計(jì)手冊(cè)中有濾池各部分水頭損失的計(jì)算公式^[1]。對(duì)于氣水反沖洗濾池，濾料層處于氣、液、固三相流狀態(tài)，配水配氣系統(tǒng)內(nèi)為氣、液兩相流體，單純以水沖洗時(shí)的計(jì)算公式已不適用，而從理論上又很難確定出三相或兩相流體的水頭損失，因此需要通過試驗(yàn)來測(cè)定。根據(jù)水力學(xué)原理，單純用水反沖洗時(shí)，濾池各部分的水頭損失可用測(cè)壓管水頭差來確定；在氣水反沖洗情況下，由于氣體通入破壞了原流體密度的均勻性，測(cè)壓管水頭差不再等同干水頭損失，它反映的是壓力的變化。對(duì)于設(shè)計(jì)，需要知道的正是壓力的差值。因此，以長(zhǎng)柄濾頭做為配水配氣系統(tǒng)的氣水反沖洗濾池，由于可不設(shè)承托層，其反沖洗氣和水的壓力可表示

　　　　　　　　　　　　H=h₁+h₂+h₃+h₄　　　　　　　(1)

　　式中：H——濾池所需反沖洗氣和水的壓力，m
　　　　　h₁——排水槽頂與反沖洗進(jìn)水進(jìn)氣管之間的靜水位差，m
　　　　　h₂——配水配氣系統(tǒng)壓差，m
　　　　　h₃——濾層的壓差，m
　　　　　h₄——富余水頭，m
　　在式(1)中，h₁和h₄是常數(shù)，h₂的計(jì)算筆者已專門論述^[2]，本文將主要討論h₃的計(jì)算方法。

1．試驗(yàn)裝置

　　以長(zhǎng)柄濾頭配水配氣的試驗(yàn)裝置如圖1所示。濾頭上面填裝0.55m、粒徑為0.5～1.2mm
　　的石英砂濾料，濾料層上面是0.6m的水層。在濾柱的側(cè)面安裝有測(cè)壓管，以測(cè)濾頭、濾料層和水層的水位差。

2．單獨(dú)用氣反沖洗時(shí)濾池所需反沖洗氣壓力

　　用氣反沖洗前，濾柱和各測(cè)壓管內(nèi)的水位是靜止、相等的。當(dāng)向?yàn)V柱內(nèi)通入空氣反沖洗時(shí)，下面的測(cè)壓管水位隨空氣量的增大逐漸低于上面的測(cè)壓管水位，即測(cè)壓管水頭差為負(fù)值。
　　從設(shè)計(jì)角度考慮，1^# 測(cè)壓管水頭表示配氣室內(nèi)水的壓力，其值在氣反沖前最大、開始后減小，所以開始向配氣室送氣時(shí)需要克服的壓力最大，為最不利情況。因此，對(duì)于單獨(dú)用氣反沖洗濾池，送入濾池底部氣室的空氣壓力可按下式計(jì)算：

　　　　　　　　　H=h₁+h₄ 　　　(2)
　　式中符號(hào)同前。

　

3．氣水同時(shí)反沖洗時(shí)濾池所需反沖洗氣和水的壓力

　　在氣水同時(shí)反沖洗時(shí)，濾池各部分的水頭損失計(jì)算比較復(fù)雜，特別是濾層處于氣液固三相流狀態(tài)，很難從理論上確定其水頭損失。從設(shè)計(jì)考慮，試驗(yàn)中主要考察了圖l所示各測(cè)壓管水頭差的變化。在每組試驗(yàn)中，保持水反沖洗強(qiáng)度不變，使氣反沖洗強(qiáng)度由小變大，通過各測(cè)壓管可反映出長(zhǎng)柄濾頭、濾料層和以上水層的測(cè)壓管水頭差的變化。
　　圖2是氣水同時(shí)反沖洗時(shí)，濾層以及水層的測(cè)壓管水頭差的變化情況。由圖可見，其變化具有一定的規(guī)律性，試驗(yàn)中調(diào)節(jié)水反沖洗強(qiáng)度分別為2、3、6、9 L/s·m²，在氣反沖洗強(qiáng)度>3 L/s·m²后，不同水反沖洗強(qiáng)度所產(chǎn)生的測(cè)壓管水頭差基本相同，并隨氣反沖洗強(qiáng)度的增加而略有降低。
　　為了考察氣水同時(shí)反沖洗與單獨(dú)用水反沖洗時(shí)濾層測(cè)壓管水頭差之間的關(guān)系，以便確定氣水同時(shí)反沖洗時(shí)濾層壓差的簡(jiǎn)便計(jì)算方法，試驗(yàn)中對(duì)單獨(dú)用水反沖洗時(shí)濾層的測(cè)壓管水頭差進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如圖3所示。由圖可見，當(dāng)水反沖洗強(qiáng)度達(dá)到4.5～5 L/s·m²時(shí)，濾層開始流化，此后濾層的水頭損失基本不變。
　　對(duì)照?qǐng)D2、3中的試驗(yàn)結(jié)果可看出，氣水同時(shí)反沖洗時(shí)濾層的測(cè)壓管水頭差略小于單獨(dú)用水反沖洗時(shí)濾層流化后的水頭損失。因此，氣水同時(shí)反沖洗時(shí)濾層的壓差h₃可按單獨(dú)用水反沖洗時(shí)濾層的水頭損失計(jì)算。

4．結(jié)論

　　（1）對(duì)于單獨(dú)用氣反沖洗濾池，送入濾池底部氣室的空氣壓力為排水槽頂與反沖洗進(jìn)水進(jìn)氣管之間的靜水位差與富余水頭之和。　　（2）本試驗(yàn)條件下，氣水同時(shí)反沖洗時(shí)，送入濾池底部配水配氣室的氣和水的壓力可按下式計(jì)算：

　　　　　　　　　　　　H=h₁+h₂+h₃+h₄

　　其中，濾層的壓差h₃可按單獨(dú)用水反沖洗時(shí)濾層的水頭損失計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

　　1.上海市政院主編，《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第3冊(cè)）城市給水，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，北京，1986。
　　 2.李圭白、劉俊新, 1989, 長(zhǎng)柄濾頭的流體力學(xué)特性研究, 中國(guó)給水排水, 5(5): 4–8。