二次供水水箱环流和水龄数值模拟

摘要

我国居民用水部分采用水箱二次供水。随着房地产发展和空房率的增加,水箱中水体的使用率下降导致水龄增加,影响水箱内水质。水箱的水平尺度与垂向尺度相当,一般的静力平衡数值模式不能正确模拟水箱流场和水龄。文中在三维河口海岸海洋数值模式基础上,加入水龄模块和研发非静力平衡数值模型,模拟和分析水箱内三维流场和水龄时空变化。模式验证结果表明,模式能正确模拟水箱内水动力和氯化物输运过程。对设计的二次供水水箱,在1 d总用水量为16 m^(3)情况下,出水口水龄均值约为5.32 h,水箱水龄均值约为5.31 h。出水口水龄变化趋势受居民用水时段比例影响,在低用水量时段内水龄逐渐上涨,在高用水时段内随进水次数增多,水龄呈逐步下降趋势。在水箱进水时段,入水口水体向前运动,形成一条低于水箱平均水龄为1.0h的条状分布,水龄远低于周围区域,差距可达1.5h;至对面箱壁后大部分水体沿壁作下沉运动,碰底后水体在底层沿水箱两壁和右下方向流动,导致底层左上侧区域水龄低于其他区域。在水箱出水时段,水箱在垂向各层呈现顺时针的涡流,携带低龄水体在离水箱壁约50 cm做涡旋运动,形成低水龄环。这种水龄分布导致出水口水龄略高于水箱平均水龄。水箱二次供水过程中进水时段带来的强烈扰动和对流扩散作用,使得水箱内不存在明显的死水区。水箱水龄分布形态主要受水体平流作用,扩散起次要作用。