交互式模拟器
Coagulation Flocculation G Value模拟器
实时观看搅拌槽中颗粒碰撞并聚集成絮体的过程，同时跟踪速度梯度 G、Gt（坎普数）、单位体积功率与絮体粒径。
搅拌槽颗粒聚集动画
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理论与主要公式
$$G=\sqrt{\frac{P}{\mu V}},\qquad Gt=G\,t$$
$G$：速度梯度 [s⁻¹]，$P$：有效搅拌功率 [W]，$\mu$：水的动力黏度 [Pa·s]，$V$：有效体积 [m³]，$t$：接触时间 [s]。$G$ 是单位体积黏性耗散 $P/V$ 除以黏度后的平方根，表示搅拌强度（剪切速率）。乘积 $Gt$（坎普数）无量纲，用于衡量絮体所受的累积剪切量。快速混合用高 $G$（500~1500 s⁻¹）分散絮凝核，絮凝阶段降到低 $G$（10~70 s⁻¹）让絮体长大。$G$ 过高时剪切力会把絮体打碎，因此碰撞成长与破碎之间的平衡决定了平衡絮体粒径。
如何解读
在左侧面板调整搅拌功率 P、水量 V、黏度 μ 或接触时间 t，结果卡片和搅拌槽动画会即时联动。动画中小的初级颗粒随水流运动，碰撞后合并成絮体。提高速度梯度 G 会增加碰撞，但也增大剪切，使已长大的絮体破碎变小。低 G 时絮体缓慢长成大颗粒。
"絮体粒径成长曲线"显示絮体随时间能长到多大、何时达到平衡（饱和）。"G 与絮体粒径 / 破碎"图以 G 为横轴，绘出可达絮体粒径、高 G 破碎区与最优 G 窗口，一目了然。快速混合→絮凝的现场两段搅拌含义，在数值和动画中都能理解。
混凝、絮凝与 G 值
水中浊质胶体表面带负电、彼此排斥，自然状态下不会沉降。投加混凝剂（PAC、硫酸铝等）中和电荷后，颗粒接近就能附着，这就是混凝。随后缓慢搅拌使颗粒碰撞，长成可见尺寸的絮体，即絮凝。碰撞频率由速度梯度 $G=\sqrt{P/(\mu V)}$ 控制，它表示搅拌强度。
$G$ 与接触时间的乘积 $Gt$（坎普数）是无量纲量，表示絮体所受的累积剪切量。Gt 太小则碰撞不足、絮体长不大；太大则剪切把絮体打碎。给水处理因此采用两段布置：快速混合段（高 G、短时间）分散絮凝核，絮凝段（低 G、长时间）让絮体长大。
通过对话理解Coagulation Flocculation G Value
🙋G 值说白了就是搅拌强度的指标吗？公式 √(P/(μV)) 我还是有点没搞懂。
🎓大致就是"水的搅动程度（剪切速率）"。功率 P 除以体积 V 得到单位体积搅拌能量，再除以黏度 μ 取平方根，就是速度梯度 G。在动画里把功率滑块往上拉，颗粒就开始乱窜，那就是高 G。碰撞多了，但絮体也更容易破碎。
🎓有意思的地方就在这里。碰撞频率随 G 增加，但剪切力也会把絮体撕碎。所以高 G 下絮体还没长大就被打散，平衡粒径反而更小。看成长曲线就能发现：低 G 最终能长出更大的絮体。比如沉淀池前我们常把 G 降到 20~50 s⁻¹ 左右。
🙋那为什么不从一开始就用低 G 慢慢搅？快速混合到底是为了什么？
🎓投加混凝剂的瞬间，需要把药剂在整个池子里迅速均匀分散。如果这时 G 太低，药剂就会分布不均、核心偏集。所以最初几十秒先用高 G（500~1500 s⁻¹）猛搅分散絮凝核，再在絮凝段降到低 G 让絮体长大。点击"最优条件"预设就能落在这个甜点 G 上。
🙋Gt 值有参考范围吗？我看到数字也判断不出大小。
🎓絮凝段的 Gt 大致以 30,000~150,000 为参考。太小表示混凝不足，太大有破碎风险。不过最终结论要用实际原水的烧杯试验和规范值确认。把这个工具当作初步判断哪个输入更关键的辅助，就对了。
实际使用
水厂混凝沉淀工艺设计：对快速混合池与絮凝池的功率和停留时间做初步选型，并在两段之间分配 G 值。
污水与工业废水的灵敏度核查：估算随温度（即黏度）变化、维持目标 G 所需的功率增量。
教学与讲解：用公式、数值和动画同时展示 G、Gt、絮体成长与破碎之间的关系。
常见误区与注意点
"G 越高絮体越大"是错误的。高 G 提高碰撞频率，但也加强剪切破碎，平衡絮体粒径反而变小。用本工具的成长曲线和 G–絮体粒径图就能看出这种非单调关系。
接触时间 t 仅指有效搅拌时间，管道内停留时间不计入 Gt。黏度 μ 随水温变化显著，冬季需要更大功率才能维持相同的 G。
常见问题
先看速度梯度 G和Gt 值。然后用G 值与接触时间确认前提状态，再用搅拌能量分解读取分布和偏差。先看主图中的控制性趋势，避免只看结果卡而漏掉拐点或饱和。
先单独调整搅拌功率 P，再以相近幅度调整水量 V，比较速度梯度 G的变化。P/V-黏度 Gt 图能显示哪些输入组合会让余量或性能快速变化。
不是。G 越高碰撞频率越高，但剪切力也会把絮体打碎。实务上先在快速混合阶段用高 G（500~1500 s⁻¹）分散絮凝核，再在絮凝阶段降到低 G（10~70 s⁻¹）让絮体长大。动画中可以看到高 G 时絮体破碎、低 G 时絮体成长。
G 的单位是 s⁻¹，接触时间 t 的单位是 s，因此乘积 Gt 是无量纲的。它表示絮体所受的累积剪切量；絮凝阶段的常见目标约为 30,000~150,000。Gt 太小表示混凝不足，太大则有絮体破碎风险。
这个简化模型只处理主要关系。边界条件、损失、非线性和规范修正需要按实际情况另行确认。最终判断仍需结合标准、实测值、详细分析和厂家条件。
使用指南
- 输入搅拌功率(W)与反应池体积(m³),系统自动计算单位体积功率密度(W/m³)
- 设定动力粘度(mPa·s)与接触时间(min),模拟器根据公式G=√(P/(μV))计算速度梯度
- 对比Gt值(速度梯度与时间乘积):快速混合阶段G高Gt约5000~30000;絮凝阶段G低Gt约30000~150000
- 调整功率和时间参数,观察G值变化与搅拌槽动画中絮体的成长与破碎,优化水处理混合工艺
具体计算示例
某自来水厂混凝池:搅拌功率P=15kW,池体积V=50m³,水温20°C时动力粘度μ=1.002mPa·s,接触时间t=2min。单位体积功率密度=15000W÷50m³=300W/m³。速度梯度G=√(300÷1.002×10⁻³)≈547s⁻¹,属快速混合范围。Gt值=547×120秒≈65600。若改为絮凝段(功率0.5kW,体积50m³,时间15min),G≈100s⁻¹,Gt=90000,更利于絮体成长。冬季水温5°C时μ=1.52mPa·s,G值相应下降,需增加功率补偿。
实务注意事项
- 混凝和絮凝两阶段G值差异大:混凝需G=300~500s⁻¹快速分散矾花核,接触时间仅30~60秒;絮凝需G=10~70s⁻¹避免絮体破碎,时间15~20分钟
- 温度影响粘度显著:夏季高温降低粘度,同功率下G值偏高;冬季需增加10~30%功率维持目标G值
- 设计时验证搅拌器实际功率输入率,空转功率约为总功率的30%,有效搅拌功率需扣除
- 超声或刮吸泥机同时运行会改变实际粘度环境,需单独校核Gt计算