絮凝过程是给水处理工艺中应用最普遍、最重要的环节之一,它在很大程度上影响着运行费用、后续流程的运行工况和最终出水水质,因而成为水工业中重要的科技研究开发领域。在絮凝池的水力条件下,絮体和水流是不可分离的。絮体受水流夹带运动,和水流具有良好的伴随性,因此可将絮体看做流动介质,将絮凝过程当做流体力学问题来研究。本课题结合试验和数值模拟,以PAC为絮凝剂、水中腐殖酸有机物和高岭土悬浮颗粒为去除对象,研究现有烧杯试验中几何尺度对絮凝效果的影响,利用流体力学相似理论探讨烧杯试验结果在生产实践中的推广使用问题,同时研究了改变反应器结构对絮凝效果的影响,并对絮凝反应器内三维流场进行仿真计算,为探寻提高絮凝效率的途径和优化絮凝工艺提供一种快捷、可靠、有效的方法。烧杯试验广泛应用于水处理研究和指导生产中,但迄今对烧杯试验模拟实际絮凝工艺的有效性争议较大,国内外对絮凝模型试验上的问题研究甚少,有必要对此进行专门的试验研究。本文在烧杯试验的基础上,进行具有几何相似关系的不同尺寸的反应器对絮凝效果影响的试验研究,采用剩余浊度作为评价指标,对几何相似絮凝池之间絮凝效果存在的差异做出合理的解释分析。试验结果说明反应器尺度放大后其水流结构发生了变化,G值相同的絮凝过程并不相似。絮体颗粒产生接触碰撞的主要作用力是涡旋运动产生的剪切力和惯性离心力,其中涡旋剪切力是絮凝反应的主导动力。由于反应器结构直接影响絮凝池内涡旋尺度和数量,因此它是决定絮凝效果好坏的关键因素之一,对絮体成长起决定性作用。通过改变反应器的形状、高宽比(H/D)、反应器内挡板宽度(B)和搅拌桨叶高度(C)等水力学条件,采用剩余浊度、絮体分形维数和平均粒径作为评价指标,比较不同水流条件对絮凝效果的影响,得到各情况下较合理的絮凝反应器几何结构,试验结果显示:圆形反应器、高宽比H=1.00D、挡板宽度B=0.20D和搅拌桨叶高度C=0.33H时的絮凝效果最佳。通过实验可得出结论:合理改变池型、设置挡板阻流、调节搅拌桨叶高度等絮凝反应条件,对优化絮凝池的设计研究有重要的指导意义,在生产实践中,若能有效地控制涡体,消除大尺度涡旋,增加小尺度涡旋的比例,就可以大幅地增加颗粒碰撞次数,有效地提高絮凝效果。应用计算流体力学软件FLUENT对上述实验中不同水力条件下反应器内的三维流场进行仿真计算,用计算结果来分析、解释试验现象,进而研究不同反应器结构下水流结构对絮凝效果的影响。仿真结果与试验结果基本一致:适宜的反应器形状、高宽比、反应器内挡板宽度和搅拌桨叶高度等水力学条件能够有效地改善反应器内水流的紊动效果,促进絮凝反应的进行。