一种污水厂脱水机房工作区污染物平均浓度的快速预测方法技术

本发明专利技术公开了一种污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的快速预测方法，包括：(1)选取主要关联因素；(2)构建无量纲关联式；(3)组成全面实验组，对每一个工况进行仿真；(4)将仿真结果进行无量纲处理，得到无量纲关联式中各个系数的值；(5)采集现场运行时主要关联因素的数据，得到脱水机房工作区域污染物的平均浓度。本发明专利技术通过量纲分析，得出的地埋式污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的精确计算模型，避免了相对复杂和耗时长的仿真预测，能够实现工作区域污染物平均浓度进行快速预测，并且也可以为同种污水处理工艺的污水厂提供污染物浓度的快速预测，为工程设计提供了理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种污水厂脱水机房工作区污染物平均浓度的快速预测方法
本专利技术涉及污水处理领域，尤其涉及一种污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的快速预测方法。
技术介绍
在地埋式污水处理厂中，由于污水处理会产生恶臭，通风除臭系统的作用显得尤为重要，所以通风能耗在污水处理厂能耗中占有很大的比重。而通风除臭的效果与恶臭源项的布置形式、通风换气次数、送风形式以及离子风量等技术参数的协同影响有关。单一参数的影响较为简单，但是多变量参数耦合作用中对通风除臭的效果则较为复杂。目前CFD方法已经成为研究各种室内空气流动情况、温湿度分布和污染物分布的一种常用的有效的手段，但是由于CFD方法耗时较长，且学习成本较大，在实际工程应用上有所限制。如今CFD方法多应用于研究工作中的少量算例。而简化预测方法对于并不熟悉CFD的工程师和设计师来说非常必要。此外，大多数情况下，工程师关注的仅是关键区域内，例如工作区内的平均空气速度和平均污染物浓度，而详细的空气速度分布和污染物浓度分布在实际应用中并不十分重要。在研究多变量参数的耦合作用对通风除臭的影响时，可以利用物理定理中的量纲齐次原则，确立出能够正确反映工作区域污染物平均浓度的各个相关变量之间量纲为一的组合量关系式，再通过数值模拟和数据拟合确定各个相关变量无量纲项的系数值，即可得到用来进行快速预测的工作区域污染物平均浓度的无量纲计算公式。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对工作区域污染物平均浓度通过仿真模拟求解的耗时较长且学习成本较大的问题，提供一种基于污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的快速预测方法。本专利技术能够作为脱水机房通风除臭系统设备计算选型的基础，解决了工作区域污染物平均浓度与送风量、排风量、热源强度、污染物源项散发速率以及离子源项散发速率之间复杂的耦合关系难以量化的难题。本专利技术的目的能够通过以下技术方案实现：一种污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的快速预测方法，具体步骤包括：(1)根据前期模拟和实际运行数据选取脱水机房工作区域污染物平均浓度的主要关联因素；(2)根据泊金汉定理对脱水机房工作区域污染物平均浓度及其主要关联因素进行量纲分析，构建脱水机房工作区域污染物平均浓度的无量纲关联式；(3)对每个主要关联因素根据实际运行数据取3个水平组成一个全面实验组，利用fluent对全面实验组的每一个工况进行仿真；(4)将全面实验组的仿真结果进行无量纲处理，采用matlab的多元线性回归regress函数进行计算，得到脱水机房工作区域污染物平均浓度的无量纲关联式中各个系数的值；(5)采集现场运行时主要关联因素的数据，将采集得到的数据代入无量纲关联式，得到脱水机房工作区域污染物的平均浓度。具体地，在本专利技术中，所述主要关联因素为送风量Li、排风量Lo、热源强度Q、污染物源项散发速率Gx以及离子源项散发速率Gy。本专利技术相较于现有技术，具有以下的有益效果：1、本专利技术通过量纲分析，得出的地埋式污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的精确计算模型，不仅可以避免传统的相对复杂和耗时长的仿真预测，实现对工作区域污染物平均浓度进行快速预测，而且也可以为同种污水处理工艺的污水厂提供便捷的快速预测手段，为工程设计提供了理论基础。本专利技术能够针对不同尺寸的地埋式污水厂脱水机房进行前期通风除臭的设计规划与理论研究，根据脱水机房的送排风量，热源强度，污染物源项散发速率以及离子源项散发速率对工作区域污染物平均浓度进行精确预测，实现节能、环保、经济运行的目的。附图说明图1为一种污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度快速预测方法的流程图。图2为脱水机房的三维几何模型。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1所示为一种污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的快速预测方法的流程图，具体步骤包括：(1)根据前期模拟和实际运行数据选取脱水机房工作区域污染物平均浓度的主要关联因素；(2)根据泊金汉定理对脱水机房工作区域污染物平均浓度及其主要关联因素进行量纲分析，构建脱水机房工作区域污染物平均浓度的无量纲关联式；(3)对每个主要关联因素根据实际运行数据取3个水平组成一个全面实验组，利用fluent对全面实验组的每一个工况进行仿真；(4)将全面实验组的仿真结果进行无量纲处理，采用matlab的多元线性回归regress函数进行计算，得到脱水机房工作区域污染物平均浓度的无量纲关联式中各个系数的值；(5)采集现场运行时主要关联因素的数据，将采集得到的数据代入无量纲关联式，得到脱水机房工作区域污染物的平均浓度。在本专利技术中，所述主要关联因素为送风量Li、排风量Lo、热源强度Q、污染物源项散发速率Gx以及离子源项散发速率Gy。具体地，在所述步骤(2)中，包括：(2-1)构造主要关联因素之间的函数关系式；(2-2)根据主要关联因素的量纲单位，确定量纲矩阵；(2-3)根据泊金汉定理，对量纲进行分析，得到无量纲的组合量；(2-4)将无量纲的组合量进行转化，得到工作区域污染物平均浓度的量化关系式。更进一步地，在所述步骤(2-1)中，主要关联因素之间的函数关系式表示为：F(c平，Li，Lo，Q，Gx，Gy，ρ，g，V)＝0(1)其中，c平表示工作区域污染物平均浓度，ρ表示空气密度，g表示重力加速度，V表示脱水机房的体积，Li表示送风量，Lo表示排风量，Q表示热源强度，Gx表示污染物源项散发速率，Gy表示离子源项散发速率。更进一步地，在所述步骤(2-2)中，对于公式(1)中的9个物理量，其量纲单位如表1所示。表1量纲单位其中，[L]、[T]、[M]分别表示长度、时间和质量的基本量纲。得到量纲矩阵，表示为：更进一步地，在所述步骤(2-3)中，由于空气密度、重力加速度以及脱水机房体积等参数，不可能组成一个Π，因此取ρ、g、V为重复变量，利用matlab对量纲进行分析，得到由公式(3)能够得到5个无量纲的组合量，分别为：送风量的无量纲数：Π1＝Li/(g1/2V5/6)排风量的无量纲数：Π2＝Lo/(g1/2V5/6)热源强度的无量纲数：Π3＝QT/(ρg3/2V7/6)污染物源项散发速率的无量纲数：Π4＝Gx/(ρg1/2V5/6)离子源项散发速率的无量纲数：Π5＝Gy/(ρg1/2V5/6)脱水机房工作区域污染物平均浓度的无量纲数：Π6＝c平/ρ根据上述无量纲数，公式(1)改写为：更进一步地，在所述步骤(2-4)中，将公式(4)转换为：Π6＝f(Π1,Π2,Π3,Π4,Π5)(5)将公式(5)转换为如下的函数形式：将公式(6)两边分别取自然对数，得到：lnΠ6＝lnk0+k1lnΠ1+k2lnΠ2+k3lnΠ3+k4lnΠ4+k5lnΠ5(7)其中，Π1表示送风量的无量纲数，Π2表示排风量的无量纲数，Π3表示热源强度的无量纲数，Π4表示污染物源项散发速率的无量纲数，Π5表示离子源项散发速率的无量纲数，Π6表示脱水机房工作区域污染物平均浓度的无量纲数；k0为常系数，k1、k2、k3、k4、k5分别为无量纲送风量、无量纲排风量、无量纲热源强度、无量纲污染物源项散发速率、无量纲离子源项散发速率的系数。在本实施例中，所述步骤(3)包括：(3-1)采用CATIA对脱水机房进行几何模型的三维建模，得到的污水厂脱水机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的快速预测方法，其特征在于，具体步骤包括：(1)根据前期模拟和实际运行数据选取脱水机房工作区域污染物平均浓度的主要关联因素；(2)根据泊金汉定理对脱水机房工作区域污染物平均浓度及其主要关联因素进行量纲分析，构建脱水机房工作区域污染物平均浓度的无量纲关联式；(3)对每个主要关联因素根据实际运行数据取3个水平组成一个全面实验组，利用fluent对全面实验组的每一个工况进行仿真；(4)将全面实验组的仿真结果进行无量纲处理，采用matlab的多元线性回归regress函数进行计算，得到脱水机房工作区域污染物平均浓度的无量纲关联式中各个系数的值；(5)采集现场运行时主要关联因素的数据，将采集得到的数据代入无量纲关联式，得到脱水机房工作区域污染物的平均浓度。

【技术特征摘要】
1.一种污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的快速预测方法，其特征在于，具体步骤包括：(1)根据前期模拟和实际运行数据选取脱水机房工作区域污染物平均浓度的主要关联因素；(2)根据泊金汉定理对脱水机房工作区域污染物平均浓度及其主要关联因素进行量纲分析，构建脱水机房工作区域污染物平均浓度的无量纲关联式；(3)对每个主要关联因素根据实际运行数据取3个水平组成一个全面实验组，利用fluent对全面实验组的每一个工况进行仿真；(4)将全面实验组的仿真结果进行无量纲处理，采用matlab的多元线性回归regress函数进行计算，得到脱水机房工作区域污染物平均浓度的无量纲关联式中各个系数的值；(5)采集现场运行时主要关联因素的数据，将采集得到的数据代入无量纲关联式，得到脱水机房工作区域污染物的平均浓度。2.根据权利要求1所述的一种污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的快速预测方法，其特征在于，所述主要关联因素为送风量Li、排风量Lo、热源强度Q、污染物源项散发速率Gx以及离子源项散发速率Gy。3.根据权利要求1所述的一种污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的快速预测方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，包括：(2-1)构造主要关联因素之间的函数关系式；(2-2)根据主要关联因素的量纲单位，确定量纲矩阵；(2-3)根据泊金汉定理，对量纲进行分析，得到无量纲的组合量；(2-4)将无量纲的组合量进行转化，得到工作区域污染物平均浓度的量化关系式。4.根据权利要求3所述的一种污水厂脱水机房工作区域污染物平均浓度的快速预测方法，其特征在于，在所述步骤(2-1)中，主要关联因素之间的函数关系式表示为：F(c平，Li，Lo，Q，Gx，Gy，ρ，g，V)＝0(1)其中，c平表示工作区域污染物平均浓度，ρ表示空气密度，g表示重力加速度，V表示脱水机房的体积，Li表示送风量，Lo表示排风量，Q表示热源强度，Gx表示污染物源项散发速率，Gy表示离子源项散发速率。5.根据权利要求3所述的一种污水厂脱水机房工...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪峰，陈思维，王家绪，郑宇蓝，黎庶，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44