混凝过程中絮凝体的标度可变性及其多层次分形凝聚仿真模拟

针对混凝过程中絮凝体随其成长粒径增加其分形维数变化的标度可变特性，探索引入了剪切力等外界干扰动力，其分形体的形成与纯自然力作用下形成的分形体存在的本质差异，研究絮凝体的多层次分形构造特征，明确分形维数在混凝过程中变化的基本原理和控制因素；掌握絮凝体的动态变化规律及其形态特征，结合分形理论，分析水中颗粒物的碰撞结合模式及其聚集体的成长机制；并通过计算机分形仿真模拟，分析颗粒物凝聚过程中剪切力等外界干扰力作用下的分形成长机制，了解颗粒物中空隙率随粒径成长的变化情况，为絮凝体的多层次构造特征提供有力证据，确定各种模型的模拟所得到絮凝体的特征，从而深化混凝过程及内涵的理解，进一步对絮凝体形成的影响因素进行研究。课题的研究成果不仅在理论上有重要意义，而且对混凝工艺的优化和合理控制混凝过程也将提供可靠依据。

项目研究结果指出无机悬浊体系絮凝体分形维数随粒径增加而逐渐增加，造成这种动态变化的模式具有类似于DLA碰撞模式；而对于溶解性有机物而言，分形维数随粒径增加逐渐减小。由于其经历了溶解性到不溶性微粒形成以及微粒间的聚集的过程，期间还存在不溶性微粒反应时间的差异，其凝聚是一个多维变化过程，受多种模式控制，存在DLA-DLCA之间的变化、过渡与共存模式；对于无机有机共存体系，主要受到溶解性有机物混凝过程的影响，絮凝体的碰撞在初期具有DLA的模式，在后期又具备腐殖酸类溶解性有机物的碰撞特征。通过向混凝体系中加入大量超于自然水体含量的典型阴离子（Cl- 、SO42-、Si2O32-）和阳离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+），研究水中主要阴阳离子对混凝过程以及絮凝体构造的影响。基于研究结果，提出了混凝过程中最优凝聚化学条件。. 与此同时，研究探索引入剪切力等外界干扰动力，其分形体的形成与纯自然状态下形成的分形体存在的本质差异，指出了造成外力引入情况下絮凝体标度可变的原因主要是外力干扰作用改变了絮凝体自然状态下的成长机制。基于理论分析和实验研究结果，通过计算机分形仿真模拟，分析颗粒物凝聚过程中剪切力等外界干扰力作用下的分形成长机制，了解颗粒物中空隙率随粒径成长的变化情况，为絮凝体的多层次构造特征提供有力证据，确定各种模型的模拟所得到絮凝体的特征。以实验分析和计算机模拟为基础，解析了絮凝体二维分形维数和三维分形维数的对应关系，完善了絮凝体构造特征计算体系。. 项目研究成果获得陕西省科技进步一等奖一项，申请授权发明专利一项，发表论文25篇，其中英文SCI期刊源论文3篇，英文EI期刊源论文7篇， CSCD中文核心8篇，会议论文7篇。