Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет.Сіз шектеулі CSS қолдауы бар шолғыш нұсқасын пайдаланып жатырсыз.Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз).Оған қоса, тұрақты қолдауды қамтамасыз ету үшін біз сайтты стильсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
316Ti түрі (UNS 31635) – құрамында молибден бар титан тұрақтандырылған аустенитті хром-никельді баспайтын болат.Бұл қоспа коррозияға төзімділікті арттырады, шұңқырлы хлоридті ион ерітінділеріне төзімділікті жақсартады және жоғары температурада жоғары беріктікті қамтамасыз етеді.Қасиеттері 316 түрінің қасиеттеріне ұқсас, тек 316Ti титан қосылғанына байланысты жоғары сезімталдық температурасында пайдалануға болады.Коррозияға төзімділігі, әсіресе күкірт, тұз, сірке, құмырсқа және шарап қышқылдарына, қышқыл сульфаттарға және сілтілі хлоридтерге қарсы жақсарады.
Химиялық құрамы:
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo |
| ≤ 0,08 | ≤ 1,0 | ≤ 2,0 | ≤ 0,045 | ≤ 0,03 | 16,0 - 18,0 | 10,0 - 14,0 | 2,0 - 3,0 |
Қасиеттері: күйдірілген:
Ең жоғары созылу күші: 75 KSI мин (515 МПа мин)
Шығымдылық күші: (0,2% ығысу) 30 KSI мин (205 МПа мин)
Ұзарту: 40% мин
Қаттылық: Rb 95 макс
Әр слайдта үш мақаланы көрсететін слайдерлер.Слайдтар арқылы жылжу үшін артқа және келесі түймелерді немесе әр слайд бойынша жылжу үшін соңында слайд контроллері түймелерін пайдаланыңыз.
Бұл зерттеуде флокуляцияның гидродинамикасы зертханалық масштабтағы қалақшалы флокуляторда турбулентті ағынның жылдамдығы өрісін тәжірибелік және сандық зерттеу арқылы бағаланады.Бөлшектердің агрегациясына немесе флоктың ыдырауына ықпал ететін турбулентті ағын күрделі және бұл жұмыста екі турбуленттілік үлгісін, атап айтқанда SST k-ω және IDDES пайдалана отырып қарастырылады және салыстырылады.Нәтижелер IDDES SST k-ω бойынша өте аз жақсартуды қамтамасыз ететінін көрсетеді, бұл қалақшалы флокулятор ішіндегі ағынды дәл модельдеу үшін жеткілікті.Сәйкестік көрсеткіші PIV және CFD нәтижелерінің конвергенциясын зерттеу және пайдаланылған CFD турбуленттілік моделінің нәтижелерін салыстыру үшін пайдаланылады.Зерттеу сонымен қатар 0,25 әдеттегі типтік мәнмен салыстырғанда 3 және 4 айн/мин төмен жылдамдықтарда 0,18 болатын сырғанау коэффициенті k мөлшерін анықтауға бағытталған.k мәнін 0,25-тен 0,18-ге дейін азайту сұйықтыққа жеткізілетін қуатты шамамен 27-30% арттырады және жылдамдық градиентін (G) шамамен 14% арттырады.Бұл күтілгеннен көп араластыру қамтамасыз етілгенін білдіреді, сондықтан аз энергия тұтынылады, сондықтан ауыз суды тазарту қондырғысының флокуляциялық қондырғысында энергия шығыны аз болуы мүмкін.
Суды тазартуда коагулянттарды қосу ұсақ коллоидты бөлшектер мен қоспаларды тұрақсыздандырады, содан кейін олар флокуляция сатысында флокуляцияны қалыптастырады.Қабыршақтар бос байланысқан фракталдық массаның агрегаттары болып табылады, олар кейін шөгу арқылы жойылады.Бөлшектердің қасиеттері мен сұйықтықты араластыру шарттары флокуляция және өңдеу процесінің тиімділігін анықтайды.Флокуляция салыстырмалы түрде қысқа уақыт аралығында баяу араластыруды және үлкен көлемдегі суды араластыру үшін көп энергияны қажет етеді1.
Флокуляция кезінде бүкіл жүйенің гидродинамикасы және коагулянт-бөлшектердің әрекеттесу химиясы стационарлық бөлшектердің мөлшерін бөлуге қол жеткізу жылдамдығын анықтайды2.Бөлшектер соқтығысқанда бір-біріне жабысады3.Oyegbile, Ay4 соқтығыстар броундық диффузияның, сұйықтықтың ығысуының және дифференциалды тұндырудың флокуляцияны тасымалдау механизмдеріне байланысты екенін хабарлады.Қабыршақтар соқтығысқан кезде олар өсіп, белгілі бір өлшем шегіне жетеді, бұл сынуға әкелуі мүмкін, өйткені үлпектер гидродинамикалық күштердің күшіне төтеп бере алмайды5.Осы сынған үлпектердің кейбіреулері қайтадан кішірек немесе бірдей өлшемде болады6.Дегенмен, күшті үлпектер бұл күшке қарсы тұра алады және олардың мөлшерін сақтай алады, тіпті өседі7.Юкселен мен Грегори8 қабыршақтардың жойылуымен және олардың қалпына келу қабілетімен байланысты зерттеулер туралы есеп берді, бұл қайтымсыздықтың шектеулі екенін көрсетті.Бриджман, Джефферсон9 орташа ағын мен турбуленттіліктің жергілікті жылдамдық градиенттері арқылы флоктың пайда болуына және фрагментациясына жергілікті әсерін бағалау үшін CFD пайдаланды.Ротор қалақтарымен жабдықталған цистерналарда коагуляция фазасында жеткілікті тұрақсызданған кезде агрегаттардың басқа бөлшектермен соқтығысу жылдамдығын өзгерту қажет.CFD және шамамен 15 айн/мин төмен айналу жылдамдығын пайдалану арқылы Вадасаруккай мен Гагнон11 конустық қалақша флокуляциясы үшін G мәніне қол жеткізе алды, осылайша араластыру үшін қуат тұтынуды азайтты.Дегенмен, жоғары G мәндерінде жұмыс флокуляцияға әкелуі мүмкін.Олар араластыру жылдамдығының пилоттық қалақшалы флокулятордың орташа жылдамдық градиентін анықтауға әсерін зерттеді.Олар 5 айн/мин астам жылдамдықпен айналады.
Корпиярви, Ahlstedt12 танк сынақ стендіндегі ағын өрісін зерттеу үшін төрт түрлі турбуленттілік моделін пайдаланды.Олар ағын өрісін лазерлік доплер анемометрімен және PIV көмегімен өлшеп, есептелген нәтижелерді өлшенген нәтижелермен салыстырды.де Оливейра мен Донадел13 CFD көмегімен гидродинамикалық қасиеттерден жылдамдық градиенттерін бағалаудың балама әдісін ұсынды.Ұсынылған әдіс бұрандалы геометрияға негізделген алты флокуляциялық қондырғыда сыналған.сақтау уақытының флокулянттарға әсерін бағалады және ұстау уақыттары төмен ұяшықтардың ұтымды дизайнын қолдау құралы ретінде пайдалануға болатын флокуляция үлгісін ұсынды14.Жан, You15 толық ауқымды флокуляция кезінде ағын сипаттамалары мен флоктың әрекетін имитациялау үшін біріктірілген CFD және популяция балансының үлгісін ұсынды.Ллано-Серна, Корал-Портильо16 Колумбиядағы Витербо қаласындағы су тазарту қондырғысында Кокс типті гидрофлокулятордың ағынының сипаттамаларын зерттеді.CFD өзінің артықшылықтарына ие болғанымен, есептеулердегі сандық қателер сияқты шектеулер де бар.Сондықтан сыни қорытындылар жасау үшін алынған кез келген сандық нәтижелер мұқият тексеріліп, талдануы керек17.Әдебиеттерде көлденең қалқалы флокуляторларды жобалау бойынша зерттеулер аз, ал гидродинамикалық флокуляторларды жобалау бойынша ұсыныстар шектеулі18.Чен, Liao19 жеке бөлшектерден шашыраған жарықтың поляризация күйін өлшеу үшін поляризацияланған жарықтың шашырауына негізделген эксперименттік қондырғыны пайдаланды.Фэн, Чжан20 Ansys-Fluent көмегімен құйынды токтардың таралуын және коагуляцияланған пластиналы флокулятордың және гофрленген флокулятордың ағын өрісінде айналуын модельдеу үшін пайдаланды.Ansys-Fluent көмегімен флокулятордағы турбулентті сұйықтық ағынын модельдегеннен кейін Gavi21 нәтижелерді флокуляторды жобалау үшін пайдаланды.Ванели мен Тейшейра22 спиральды түтік флокуляторларының сұйықтық динамикасы мен флокуляция процесі арасындағы байланыс әлі де ұтымды дизайнды қолдау үшін нашар түсінілгенін хабарлады.де Оливейра мен Коста Тейшейра23 физикалық тәжірибелер мен CFD модельдеулері арқылы спиральды түтік флокуляторының тиімділігін зерттеп, гидродинамикалық қасиеттерін көрсетті.Көптеген зерттеушілер ширатылған түтік реакторларын немесе ширатылған түтік флокуляторларын зерттеді.Дегенмен, бұл реакторлардың әртүрлі конструкциялар мен жұмыс жағдайларына реакциясы туралы егжей-тегжейлі гидродинамикалық ақпарат әлі де жоқ (Сартори, Оливейра24; Оливейра, Тейшейра25).Oliveira және Teixeira26 спиральды флокулятордың теориялық, эксперименттік және CFD модельдеулерінің түпнұсқа нәтижелерін ұсынады.Оливейра мен Тейшейра27 кәдімгі декантер жүйесімен ұштастыра отырып, коагуляциялық-флокуляциялық реактор ретінде спиральды орамды пайдалануды ұсынды.Олар лайлануды кетіру тиімділігі үшін алынған нәтижелер флокуляцияны бағалау үшін жиі қолданылатын үлгілермен алынған нәтижелерден айтарлықтай ерекшеленетінін хабарлайды, мұндай үлгілерді пайдалану кезінде сақтық танытуды ұсынады.Моруцци және де Оливейра [28] әртүрлі жұмыс жағдайларындағы үздіксіз флокуляциялық камералар жүйесінің әрекетін модельдеді, соның ішінде пайдаланылатын камералар санының вариациялары және тіркелген немесе масштабталған ұяшық жылдамдығы градиенттерін пайдалану.Romphophak, Le Men29 Квази-екі өлшемді ағынды тазартқыштардағы лездік жылдамдықтардың PIV өлшемдері.Олар флокуляция аймағында күшті ағынмен индукцияланған циркуляцияны тапты және жергілікті және лездік ығысу жылдамдығын есептеді.
Shah, Joshi30 CFD дизайнды жақсарту және виртуалды ағын сипаттамаларын алу үшін қызықты балама ұсынатынын хабарлайды.Бұл ауқымды эксперименттік қондырғыларды болдырмауға көмектеседі.CFD суды және ағынды суларды тазарту қондырғыларын талдау үшін көбірек қолданылады (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).Бірнеше зерттеушілер консервілерді сынау жабдықтары (Бриджман, Джефферсон36; Бриджман, Джефферсон5; Джарвис, Джефферсон6; Ванг, Ву34) және перфорацияланған диск флокуляторларында31 тәжірибелер жасады.Басқалары гидрофлокуляторларды бағалау үшін CFD қолданды (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Ghawi21 механикалық флокуляторларға үнемі техникалық қызмет көрсетуді қажет ететінін хабарлады, өйткені олар жиі бұзылады және көп электр қуатын қажет етеді.
Қалақшалы флокулятордың өнімділігі резервуардың гидродинамикасына өте тәуелді.Мұндай флокуляторлардағы ағын жылдамдығы өрістерінің сандық түсінігінің жоқтығы әдебиеттерде анық көрсетілген (Хоу, Хенд38; Хендрикс39).Бүкіл су массасы флокулятор дөңгелегі қозғалысына бағынады, сондықтан сырғанау күтіледі.Әдетте, сұйықтықтың жылдамдығы су денесінің жылдамдығының қалақшаның жылдамдығына қатынасы ретінде анықталатын сырғу коэффициенті бойынша қалақ жылдамдығынан k аз болады.Bhole40 флокуляторды жобалау кезінде ескеру қажет үш белгісіз фактор бар екенін хабарлады, атап айтқанда, жылдамдық градиенті, кедергі коэффициенті және жүзге қатысты судың салыстырмалы жылдамдығы.
Camp41 жоғары жылдамдықты машиналарды қарастырғанда, жылдамдық ротор жылдамдығының шамамен 24% және төмен жылдамдықты машиналар үшін 32% жоғары екенін хабарлайды.Перделер болмаған кезде, Droste және Ger42 0,25 ak мәнін пайдаланды, ал септа жағдайында k 0-ден 0,15-ке дейін ауытқиды.Дегенмен, Hand38 k 0,2 мен 0,3 аралығында екенін болжайды.Хендрикс39 сырғанау коэффициентін эмпирикалық формула арқылы айналу жылдамдығымен байланыстырды және сырғанау коэффициенті де Кэмп41 белгілеген диапазонда деген қорытындыға келді.Bratby43 1,8-ден 5,4 айн/мин айналу жылдамдығы үшін k шамамен 0,2 екенін және 0,9-дан 3 айн/мин айналу жылдамдығы үшін 0,35-ке дейін өсетінін хабарлады.Басқа зерттеушілер кедергі коэффициентінің (Cd) мәндерінің кең ауқымын 1,0-ден 1,8-ге дейін және сырғанау коэффициентінің k мәндерін 0,25-тен 0,40-қа дейін хабарлайды (Фейр және Гейер44; Хайд және Людвиг45; Харрис, Кауфман46; ван Дюрен47; және Братби мен Мараис48) ).Әдебиеттер Camp41 жұмысынан бері k-ны анықтау және сандық бағалауда айтарлықтай прогресті көрсетпейді.
Флокуляция процесі соқтығысуды жеңілдету үшін турбуленттілікке негізделген, мұнда жылдамдық градиенті (G) турбуленттілік/флокуляцияны өлшеу үшін пайдаланылады.Араластыру - судағы химиялық заттарды тез және біркелкі тарату процесі.Араластыру дәрежесі жылдамдық градиентімен өлшенеді:
мұндағы G = жылдамдық градиенті (сек-1), P = кіріс қуат (Вт), V = су көлемі (м3), μ = динамикалық тұтқырлық (Па с).
G мәні неғұрлым жоғары болса, соғұрлым араласады.Біркелкі коагуляцияны қамтамасыз ету үшін мұқият араластыру қажет.Әдебиеттер ең маңызды жобалау параметрлері араластыру уақыты (t) және жылдамдық градиенті (G) болып табылатынын көрсетеді.Флокуляция процесі соқтығысуды жеңілдету үшін турбуленттілікке негізделген, мұнда жылдамдық градиенті (G) турбуленттілік/флокуляцияны өлшеу үшін пайдаланылады.G үшін типтік дизайн мәндері 20-дан 70 с–1, t 15-30 минут және Gt (өлшемсіз) 104-105. Жылдам араластырғыш резервуарлар G мәндері 700-ден 1000-ға дейін жақсы жұмыс істейді. шамамен 2 минут.
мұндағы Р – флокулятордың әрбір қалақшасының сұйықтыққа беретін қуаты, N – айналу жылдамдығы, b – қалақ ұзындығы, ρ – судың тығыздығы, r – радиусы, k – сырғанау коэффициенті.Бұл теңдеу әрбір қалақшаға жеке қолданылады және нәтижелер флокулятордың жалпы қуатын беру үшін жинақталады.Бұл теңдеуді мұқият зерттеу қалақшалы флокуляторды жобалау процесінде сырғанау факторы k маңыздылығын көрсетеді.Әдебиеттер k-ның нақты мәнін көрсетпейді, оның орнына бұрын айтылғандай ауқымды ұсынады.Бірақ P қуаты мен сырғанау коэффициенті k арасындағы қатынас текше.Осылайша, барлық параметрлер бірдей болған жағдайда, мысалы, k-ді 0,25-тен 0,3-ке дейін өзгерту бір қалақтағы сұйықтыққа берілетін қуаттың шамамен 20% төмендеуіне әкеледі, ал k-ны 0,25-тен 0,18-ге дейін азайту оны арттырады.бір қалақшаға шамамен 27-30% Сұйықтыққа берілетін қуат.Сайып келгенде, k-ның тұрақты қалақшалы флокулятор дизайнына әсерін техникалық сандық анықтау арқылы зерттеу қажет.
Сырғып кетудің нақты эмпирикалық сандық көрсеткіші ағынды визуализация мен модельдеуді қажет етеді.Сондықтан қалақшаның әртүрлі позицияларының әсерін бағалау үшін білікке әртүрлі радиалды қашықтықта және су бетінен әртүрлі тереңдікте белгілі бір айналу жылдамдығында судағы жүздің тангенциалды жылдамдығын сипаттау маңызды.
Бұл зерттеуде флокуляцияның гидродинамикасы зертханалық масштабтағы қалақшалы флокуляторда турбулентті ағынның жылдамдығы өрісін тәжірибелік және сандық зерттеу арқылы бағаланады.PIV өлшемдері флокуляторда жазылып, жапырақтардың айналасындағы су бөлшектерінің жылдамдығын көрсететін уақыт бойынша орташа жылдамдық контурларын жасайды.Сонымен қатар, ANSYS-Fluent CFD флокулятор ішіндегі айналмалы ағынды модельдеу және уақыт бойынша орташа жылдамдық контурларын жасау үшін пайдаланылды.Алынған CFD үлгісі PIV және CFD нәтижелері арасындағы сәйкестікті бағалау арқылы расталды.Бұл жұмыстың назары қалақшалы флокулятордың өлшемсіз конструктивтік параметрі болып табылатын сырғанау коэффициентін k сандық анықтауға бағытталған.Мұнда берілген жұмыс 3 айн/мин және 4 айн/мин төмен жылдамдықта сырғанау коэффициенті k сандық мәнін анықтаудың жаңа негізін береді.Нәтижелердің салдары флокуляциялық резервуардың гидродинамикасын жақсырақ түсінуге тікелей ықпал етеді.
Зертханалық флокулятор жалпы биіктігі 147 см, биіктігі 39 см, жалпы ені 118 см, жалпы ұзындығы 138 см болатын үсті ашық төртбұрышты қораптан тұрады (1-сурет).Camp49 әзірлеген негізгі жобалау критерийлері зертханалық масштабтағы қалақшалы флокуляторды жобалау және өлшемдік талдау принциптерін қолдану үшін пайдаланылды.Эксперименттік нысан Ливан Америка университетінің (Библос, Ливан) қоршаған ортаны қорғау инженерия зертханасында салынды.
Көлденең ось төменгі жағынан 60 см биіктікте орналасқан және екі қалақшалы дөңгелекті орналастырады.Әрбір қалақша дөңгелегі әрқайсысында 3 қалақшасы бар 4 қалақтан, барлығы 12 қалақтан тұрады.Флокуляция 2-ден 6 айн/мин төмен жылдамдықта жұмсақ араластыруды қажет етеді.Флокуляторларда ең көп таралған араластыру жылдамдығы 3 айн/мин және 4 айн/мин.Зертханалық масштабтағы флокулятор ағыны ауыз суды тазарту қондырғысының флокуляциялық резервуар бөліміндегі ағынды көрсетуге арналған.Қуат дәстүрлі теңдеу арқылы есептеледі 42 .Екі айналу жылдамдығы үшін де жылдамдық градиенті \(\стакрел{\mathrm{-}}{\text{G}}\) 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) мәнінен үлкен. , Рейнольдс саны турбулентті ағынды көрсетеді (1-кесте).
PIV бір уақытта өте көп нүктелердегі сұйықтық жылдамдығы векторларының дәл және сандық өлшемдеріне қол жеткізу үшін қолданылады50.Эксперименттік қондырғыға зертханалық масштабтағы қалақшалы флокулятор, LaVision PIV жүйесі (2017) және Arduino сыртқы лазерлік сенсор триггері кірді.Уақыт бойынша орташа жылдамдық профильдерін жасау үшін PIV кескіндері бір жерде дәйекті түрде жазылды.PIV жүйесі мақсатты аймақ белгілі бір қалақшаның үш қалақшасының әрқайсысының ұзындығының ортасында болатындай калибрленген.Сыртқы триггер флокулятор енінің бір жағында орналасқан лазерден және екінші жағында сенсор қабылдағыштан тұрады.Флокулятордың тұтқасы лазер жолын блоктаған сайын, PIV лазерімен және бағдарламаланатын уақыт блогымен синхрондалған камерамен суретке түсіру үшін PIV жүйесіне сигнал жіберіледі.Суретте.2 PIV жүйесін орнатуды және кескінді алу процесін көрсетеді.
PIV жазу ағынды қалыпқа келтіру және бірдей сыну көрсеткіші өрісін есепке алу үшін флокулятор 5-10 минут жұмыс істегеннен кейін басталды.Калибрлеу флокуляторға батырылған және қызығушылық қалақшасының ұзындығының ортасына қойылған калибрлеу тақтасын пайдалану арқылы жүзеге асырылады.Тікелей калибрлеу тақтасының үстінде жалпақ жарық парағын қалыптастыру үшін PIV лазерінің орнын реттеңіз.Әрбір жүздің әрбір айналу жылдамдығы үшін өлшенген мәндерді жазыңыз және тәжірибе үшін таңдалған айналу жылдамдықтары 3 айн / мин және 4 айн / мин.
Барлық PIV жазбалары үшін екі лазерлік импульс арасындағы уақыт аралығы 6900-ден 7700 мкс дейінгі диапазонда орнатылды, бұл бөлшектердің ең аз 5 пиксель орын ауыстыруына мүмкіндік берді.Дәл уақыт бойынша орташа өлшемдерді алу үшін қажетті кескіндер саны бойынша пилоттық сынақтар жүргізілді.Векторлық статистика 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240 және 280 кескіндері бар үлгілер үшін салыстырылды.240 кескіннен тұратын үлгі өлшемі әрбір кескін екі кадрдан тұратынын ескере отырып, орташа уақыт бойынша тұрақты нәтижелер беретіні анықталды.
Флокулятордағы ағын турбулентті болғандықтан, кішігірім турбулентті құрылымдарды шешу үшін шағын сұрау терезесі және көп бөлшектер қажет.Өлшемді азайтудың бірнеше итерациялары дәлдікті қамтамасыз ету үшін кросс-корреляция алгоритмімен бірге қолданылады.50% қабаттасу және бір бейімдеу процесі бар 48×48 пиксель бастапқы сұрау терезесінің өлшемі 100% қабаттасу және екі бейімдеу процесі бар 32×32 пиксель соңғы сұрау терезесінің өлшемімен жалғасты.Сонымен қатар, ағындағы тұқым бөлшектері ретінде әйнек қуыс шарлар пайдаланылды, бұл бір дауыс беру терезесінде кемінде 10 бөлшектерге мүмкіндік берді.PIV жазбасы лазер көзі мен камераны басқаруға және синхрондауға жауап беретін бағдарламаланатын уақыт бірлігіндегі (PTU) триггер көзімен басталады.
Коммерциялық CFD пакеті ANSYS Fluent v 19.1 3D моделін әзірлеу және негізгі ағын теңдеулерін шешу үшін пайдаланылды.
ANSYS-Fluent көмегімен зертханалық масштабтағы қалақшалы флокулятордың 3D моделі жасалды.Модель зертханалық модель сияқты көлденең оське орнатылған екі қалақшадан тұратын төртбұрышты қорап түрінде жасалған.Су үсті борты жоқ модельдің биіктігі 108 см, ені 118 см және ұзындығы 138 см.Миксердің айналасына көлденең цилиндрлік жазықтық қосылды.Цилиндрлік жазықтықтың генерациясы орнату кезеңінде бүкіл араластырғыштың айналуын жүзеге асыруы керек және 3a-суретте көрсетілгендей флокулятор ішіндегі айналмалы ағын өрісін модельдеу керек.
3D ANSYS-флюент және модельдік геометрия диаграммасы, қызығушылық жазықтығында ANSYS-fluent флокулятор корпусының торы, қызығушылық жазықтығында ANSYS-флюент диаграммасы.
Модель геометриясы екі аймақтан тұрады, олардың әрқайсысы сұйық.Бұл логикалық алу функциясы арқылы қол жеткізіледі.Сұйықтықты көрсету үшін алдымен қораптан цилиндрді (араластырғышты қоса) алыңыз.Содан кейін араластырғышты цилиндрден алып тастаңыз, нәтижесінде екі нысан пайда болады: араластырғыш және сұйықтық.Соңында екі аймақ арасында сырғымалы интерфейс қолданылды: цилиндр-цилиндр интерфейсі және цилиндр-араластырғыш интерфейсі (3а-сурет).
Сандық модельдеулерді орындау үшін пайдаланылатын турбуленттілік үлгілерінің талаптарын қанағаттандыру үшін құрастырылған модельдерді біріктіру аяқталды.Қатты бетінің жанында кеңейтілген қабаттары бар құрылымсыз тор пайдаланылды.Күрделі ағын үлгілерінің түсірілуін қамтамасыз ету үшін барлық қабырғалар үшін өсу жылдамдығы 1,2 болатын кеңейту қабаттарын жасаңыз, бірінші қабаттың қалыңдығы \(7\матрм{ x }{10}^{-4}\) м болатын \ ( {\text {y})^{+}\le 1.0\).Дене өлшемі тетраэдр фитинг әдісі арқылы реттеледі.Элемент өлшемі 2,5 × \({10}^{-3}\) м және миксердің алдыңғы өлшемі 9 × \({10}^{-3}\ ) болатын екі интерфейстің алдыңғы жағының өлшемі жасалды. m қолданылады.Бастапқы құрылған тор 2144409 элементтен тұрды (3б-сурет).
Бастапқы базалық модель ретінде екі параметрлі k–ε турбуленттілік моделі таңдалды.Флокулятордың ішіндегі айналмалы ағынды дәл модельдеу үшін есептеу жағынан қымбатырақ модель таңдалды.Флокулятор ішіндегі турбулентті айналмалы ағын екі CFD үлгісін пайдаланып сандық түрде зерттелді: SST k–ω51 және IDDES52.Модельдерді растау үшін екі үлгінің де нәтижелері эксперименттік PIV нәтижелерімен салыстырылды.Біріншіден, SST k-ω турбуленттілік моделі сұйықтық динамикасын қолдану үшін екі теңдеу турбулентті тұтқырлық моделі болып табылады.Бұл Wilcox k-ω және k-ε үлгілерін біріктіретін гибридті модель.Араластыру функциясы қабырғаға жақын орналасқан Wilcox моделін және келе жатқан ағындағы k-ε үлгісін іске қосады.Бұл барлық ағын өрісінде дұрыс үлгінің қолданылуын қамтамасыз етеді.Ол қысымның қолайсыз градиенттеріне байланысты ағынның бөлінуін дәл болжайды.Екіншіден, SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) үлгісімен жеке құйынды модельдеу (DES) моделінде кеңінен қолданылатын Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) әдісі таңдалды.IDDES — гибридті RANS-LES (үлкен құйынды модельдеу) моделі, ол икемді және пайдаланушыға ыңғайлы ажыратымдылықты масштабтау (SRS) модельдеу үлгісін береді.Ол үлкен құйындыларды шешу үшін LES үлгісіне негізделген және шағын масштабты құйындыларды имитациялау үшін SST k-ω күйіне қайтады.Үлгіні растау үшін SST k–ω және IDDES модельдеулерінің нәтижелерінің статистикалық талдаулары PIV нәтижелерімен салыстырылды.
Бастапқы базалық модель ретінде екі параметрлі k–ε турбуленттілік моделі таңдалды.Флокулятордың ішіндегі айналмалы ағынды дәл модельдеу үшін есептеу жағынан қымбатырақ модель таңдалды.Флокулятор ішіндегі турбулентті айналмалы ағын екі CFD үлгісін пайдаланып сандық түрде зерттелді: SST k–ω51 және IDDES52.Модельдерді растау үшін екі үлгінің де нәтижелері эксперименттік PIV нәтижелерімен салыстырылды.Біріншіден, SST k-ω турбуленттілік моделі сұйықтық динамикасын қолдану үшін екі теңдеу турбулентті тұтқырлық моделі болып табылады.Бұл Wilcox k-ω және k-ε үлгілерін біріктіретін гибридті модель.Араластыру функциясы қабырғаға жақын орналасқан Wilcox моделін және келе жатқан ағындағы k-ε үлгісін іске қосады.Бұл барлық ағын өрісінде дұрыс үлгінің қолданылуын қамтамасыз етеді.Ол қысымның қолайсыз градиенттеріне байланысты ағынның бөлінуін дәл болжайды.Екіншіден, SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) үлгісімен жеке құйынды модельдеу (DES) моделінде кеңінен қолданылатын Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) әдісі таңдалды.IDDES — гибридті RANS-LES (үлкен құйынды модельдеу) моделі, ол икемді және пайдаланушыға ыңғайлы ажыратымдылықты масштабтау (SRS) модельдеу үлгісін береді.Ол үлкен құйындыларды шешу үшін LES үлгісіне негізделген және шағын масштабты құйындыларды имитациялау үшін SST k-ω күйіне қайтады.Үлгіні растау үшін SST k–ω және IDDES модельдеулерінің нәтижелерінің статистикалық талдаулары PIV нәтижелерімен салыстырылды.
Қысымға негізделген өтпелі ерітіндіні пайдаланыңыз және ауырлық күшін Y бағытында пайдаланыңыз.Айналу араластырғышқа торлы қозғалысты тағайындау арқылы қол жеткізіледі, мұнда айналу осінің басы көлденең осьтің ортасында және айналу осінің бағыты Z бағытында болады.Тор интерфейсі екі модель геометриялық интерфейстері үшін жасалады, нәтижесінде екі шектейтін қорап жиектері пайда болады.Тәжірибелік техникадағыдай айналу жылдамдығы 3 және 4 айналымға сәйкес келеді.
Араластырғыш пен флокулятордың қабырғалары үшін шекаралық шарттар қабырғамен, ал флокулятордың үстіңгі ашылуы нөлдік манометрлік қысыммен шығыс арқылы орнатылды (3в-сурет).Қысым-жылдамдық байланысының қарапайым схемасы, ең кіші квадраттар элементтеріне негізделген барлық параметрлері бар екінші ретті функциялардың градиент кеңістігін дискретизациялау.Барлық ағын айнымалылары үшін жинақтылық критерийі масштабталған қалдық 1 x \({10}^{-3}\) болып табылады.Уақыт қадамындағы итерациялардың ең көп саны 20, ал уақыт қадамының өлшемі 0,5° айналуға сәйкес келеді.Шешім SST k–ω моделі үшін 8-ші итерацияда және IDDES көмегімен 12-итерацияда жинақталады.Сонымен қатар, араластырғыш кем дегенде 12 айналым жасайтындай уақыт қадамдарының саны есептелді.Эксперименттік процедураға ұқсас ағынды қалыпқа келтіруге мүмкіндік беретін 3 айналымнан кейін уақыт статистикасы үшін деректер таңдауын қолданыңыз.Әрбір айналым үшін жылдамдық циклдерінің шығысын салыстыру соңғы төрт айналым үшін дәл осындай нәтижелерді береді, бұл тұрақты күйге жеткенін көрсетеді.Қосымша айналымдар орташа жылдамдық контурларын жақсартпады.
Уақыт қадамы айналу жылдамдығына қатысты анықталады, 3 айн/мин немесе 4 айн.Уақыт қадамы араластырғышты 0,5° бұру үшін қажетті уақытқа дейін нақтыланады.Бұл жеткілікті болып шықты, өйткені шешім алдыңғы бөлімде сипатталғандай оңай біріктіріледі.Осылайша, екі турбуленттілік моделі үшін де барлық сандық есептеулер 3 айн/мин, 0,0208 \(\стакрел{ \mathrm{-} үшін 0,02 \(\стакрел{\матрм{-}}{7}\) өзгертілген уақыт қадамы арқылы орындалды. {3}\) 4 айн/мин.Берілген нақтылау уақыты қадамы үшін ұяшықтың Courant саны әрқашан 1,0-ден аз болады.
Модель-тор тәуелділігін зерттеу үшін нәтижелер алдымен бастапқы 2,14М торды, содан кейін тазартылған 2,88М торды пайдалану арқылы алынды.Торды нақтылау араластырғыш корпусының ұяшық өлшемін 9 × \({10}^{-3}\) м-ден 7 × \({10}^{-3}\) м-ге дейін азайту арқылы қол жеткізіледі.Турбуленттік екі модельдің бастапқы және тазартылған торлары үшін пышақтың айналасындағы әртүрлі жерлерде жылдамдық модульдерінің орташа мәндері салыстырылды.Нәтижелер арасындағы пайыздық айырмашылық SST k–ω үлгісі үшін 1,73% және IDDES үлгісі үшін 3,51% құрайды.IDDES жоғары пайыздық айырмашылықты көрсетеді, себебі ол гибридті RANS-LES үлгісі.Бұл айырмашылықтар шамалы деп саналды, сондықтан модельдеу 2,14 миллион элементі және 0,5° айналу уақытының қадамы бар түпнұсқа торды пайдаланып орындалды.
Эксперимент нәтижелерінің қайталану мүмкіндігі алты тәжірибенің әрқайсысын екінші рет орындау және нәтижелерді салыстыру арқылы тексерілді.Пышақтың ортасындағы жылдамдық мәндерін екі тәжірибе сериясында салыстырыңыз.Екі эксперименталды топ арасындағы орташа пайыздық айырмашылық 3,1% құрады.PIV жүйесі де әрбір эксперимент үшін дербес қайта калибрленді.Әрбір қалақшаның ортасындағы аналитикалық есептелген жылдамдықты сол орындағы PIV жылдамдығымен салыстырыңыз.Бұл салыстыру 1 жүзі үшін максималды пайыздық қателігі 6,5% болатын айырмашылықты көрсетеді.
Сырғанау коэффициентін сандық бағалаудан бұрын қалақшалы флокулятордағы сырғанау ұғымын ғылыми тұрғыдан түсіну қажет, бұл флокулятор қалақшаларының айналасындағы ағын құрылымын зерттеуді талап етеді.Концептуалды түрде сырғанау коэффициенті қалақшалы флокуляторлардың конструкциясына қалақтардың суға қатысты жылдамдығын есепке алу үшін салынған.Әдебиеттерде бұл жылдамдық пышақ жылдамдығының 75% болуы ұсынылады, сондықтан көптеген конструкциялар бұл реттеуді есепке алу үшін әдетте 0,25 ак мәнін пайдаланады.Бұл ағынның жылдамдығы өрісін толық түсіну және осы сырғуды зерттеу үшін PIV эксперименттерінен алынған жылдамдық сызбаларын пайдалануды талап етеді.Пышақ 1 - білікке ең жақын ең ішкі қалақ, 3 жүзі - ең сыртқы қалақ, ал 2 - ортаңғы қалақ.
1-пышақтағы жылдамдық сызықтары пышақ айналасында тікелей айналмалы ағынды көрсетеді.Бұл ағын үлгілері қалақшаның оң жағындағы нүктеден, ротор мен қалақ арасындағы нүктеден шығады.4а-суреттегі қызыл нүктелі жолақпен көрсетілген аймаққа қарап, пышақтың үстінде және айналасындағы рециркуляция ағынының басқа аспектісін анықтау қызықты.Ағынның визуализациясы рециркуляция аймағына аз ағынды көрсетеді.Бұл ағын пышақтың оң жағынан жүздің ұшынан шамамен 6 см биіктікте жақындайды, мүмкін суретте көрінетін пышақ алдындағы қолдың бірінші жүзінің әсерінен болуы мүмкін.4 айн/мин жылдамдықтағы ағынды визуализация жоғары жылдамдықпен бірдей мінез-құлық пен құрылымды көрсетеді.
3 айн/мин және 4 айн/мин екі айналу жылдамдығында үш қалақшаның жылдамдық өрісі және ток графиктері.Үш қалақшаның 3 айн/мин кезіндегі максималды орташа жылдамдығы сәйкесінше 0,15 м/с, 0,20 м/с және 0,16 м/с, ал 4 айн/мин кезінде максималды орташа жылдамдық 0,15 м/с, 0,22 м/с және 0,22 м/с құрайды. с, тиісінше.үш парақта.
1 және 2 қалақшалар арасында бұрандалы ағынның тағы бір түрі табылды. Векторлық өріс су ағынының вектор бағытымен көрсетілгендей 2 қалақшаның түбінен жоғары қарай жылжып бара жатқанын анық көрсетеді.4б-суреттегі нүктелі қорапта көрсетілгендей, бұл векторлар пышақ бетінен тігінен жоғары көтерілмейді, бірақ оңға бұрылып, біртіндеп төмендейді.Қалақшаның 1 бетінде екі қалақшаға жақындап, олардың арасында пайда болған рециркуляция ағынынан оларды қоршап тұратын төмен қарай бағытталған векторлар ерекшеленеді.Ағынның бірдей құрылымы 4 айн/мин жоғары жылдамдық амплитудасы бар екі айналу жылдамдығында да анықталды.
Қалақшаның 3 жылдамдық өрісі 3 қалақшасының астындағы ағынды біріктіретін алдыңғы қалақтың жылдамдық векторынан айтарлықтай үлес қоспайды. 3 қалақшасының астындағы негізгі ағын сумен бірге көтерілетін тік жылдамдық векторының есебінен болады.
Қалақшаның 3 бетіндегі жылдамдық векторларын 4в-суретте көрсетілгендей үш топқа бөлуге болады.Бірінші жиынтық - пышақтың оң жақ шетіндегі жинақ.Бұл позициядағы ағын құрылымы түзу оңға және жоғары (яғни 2 жүзіне қарай).Екінші топ - пышақтың ортасы.Бұл позиция үшін жылдамдық векторы ешқандай ауытқусыз және айналусыз тікелей жоғары бағытталған.Жылдамдық мәнінің төмендеуі пышақ ұшынан биіктіктің жоғарылауымен анықталды.Қалақтардың сол жақ шетінде орналасқан үшінші топ үшін ағын бірден солға, яғни флокулятор қабырғасына бағытталады.Жылдамдық векторымен көрсетілген ағынның көп бөлігі жоғары көтеріледі, ал ағынның бір бөлігі көлденеңінен төмен түседі.
Екі турбуленттілік моделі, SST k–ω және IDDES, қалақшаның орташа ұзындығы жазықтығында 3 айн/мин және 4 айн/мин уақыт бойынша орташа жылдамдық профилін құру үшін пайдаланылды.5-суретте көрсетілгендей, тұрақты күйге төрт дәйекті айналу арқылы жасалған жылдамдық контурлары арасындағы абсолютті ұқсастыққа қол жеткізу арқылы қол жеткізіледі.Сонымен қатар, IDDES арқылы құрылған уақыт бойынша орташа жылдамдық контурлары 6а-суретте көрсетілген, ал SST k – ω арқылы құрылған уақыт бойынша орташа жылдамдық профильдері 6а-суретте көрсетілген.6б.
IDDES және SST k–ω арқылы жасалған орташа жылдамдық циклдерін пайдалану арқылы IDDES жылдамдық циклдерінің жоғарырақ үлесіне ие.
7-суретте көрсетілгендей IDDES көмегімен 3 айн/мин жылдамдықпен жасалған жылдамдық профилін мұқият тексеріңіз. Миксер сағат тілімен айналады және ағын көрсетілген ескертулерге сәйкес талқыланады.
Суретте.7 қалақшаның 3 бетінде I квадрантта ағынның бөлінуі бар екенін көруге болады, өйткені жоғарғы саңылау болуына байланысты ағын шектелмейді.II квадрантта ағынның бөлінуі байқалмайды, өйткені ағын флокулятордың қабырғаларымен толығымен шектеледі.III квадрантта су алдыңғы квадранттарға қарағанда әлдеқайда төмен немесе төмен жылдамдықпен айналады.I және II төртбұрыштардағы су араластырғыштың әрекетімен төмен қарай жылжытылады (яғни айналдырылады немесе сыртқа шығарылады).Ал III квадрантта су араластырғыштың қалақтары арқылы сыртқа шығарылады.Бұл жердегі су массасы жақындап келе жатқан флокулятор гильзасына қарсы тұратыны анық.Бұл квадрантта айналмалы ағын толығымен бөлінген.IV квадранта үшін 3 қалақшаның үстіндегі ауа ағынының көп бөлігі флокулятор қабырғасына бағытталған және биіктік жоғарғы саңылауға дейін ұлғайған сайын бірте-бірте өлшемін жоғалтады.
Сонымен қатар, орталық орналасу көк нүктелі эллипстермен көрсетілгендей III және IV квадранттарда басым болатын күрделі ағын үлгілерін қамтиды.Бұл белгіленген аймақтың қалақшалы флокулятордағы айналмалы ағынмен еш қатысы жоқ, өйткені айналмалы қозғалысты анықтауға болады.Бұл ішкі ағын мен толық айналу ағыны арасында айқын айырмашылық бар I және II квадранттардан айырмашылығы.
Суретте көрсетілгендей.6, IDDES және SST k-ω нәтижелерін салыстыра отырып, жылдамдық контурларының арасындағы негізгі айырмашылық 3 қалақшасынан бірден төмен жылдамдықтың шамасы болып табылады. SST k-ω моделі ұзартылған жоғары жылдамдықты ағын 3 қалақпен тасымалданатынын анық көрсетеді. IDDES-пен салыстырғанда.
Тағы бір айырмашылықты III квадрантта табуға болады.IDDES-тен, бұрын айтылғандай, флокулятордың тұтқалары арасындағы айналмалы ағынның бөлінуі байқалды.Дегенмен, бұл позицияға бұрыштардан және бірінші пышақтың ішкі бөлігінен төмен жылдамдықты ағын қатты әсер етеді.Бір орынға арналған SST k–ω бастап контур сызықтары IDDES-пен салыстырғанда салыстырмалы түрде жоғары жылдамдықтарды көрсетеді, себебі басқа аймақтардан қосылатын ағын жоқ.
Ағынның әрекеті мен құрылымын дұрыс түсіну үшін жылдамдық векторының өрістері мен сызбаларын сапалы түсіну қажет.Әрбір жүздің ені 5 см болатынын ескере отырып, жылдамдық профилін ұсыну үшін ені бойынша жеті жылдамдық нүктесі таңдалды.Сонымен қатар, жылдамдық профилін пышақ бетінің үстіндегі биіктіктің функциясы ретінде сандық түсіну үшін жылдамдық профилін тікелей пышақ бетіне және 10 см биіктікке дейін тігінен 2,5 см үздіксіз қашықтыққа салу қажет.Қосымша ақпаратты суреттегі S1, S2 және S3 қараңыз.Қосымша A. 8-суретте PIV эксперименттері және IDDES және SST k-ω көмегімен ANSYS-Fluent талдауы арқылы алынған әрбір қалақшаның беттік жылдамдығының таралуының ұқсастығы (Y = 0,0) көрсетілген.Екі сандық модель де флокулятор қалақтарының бетіндегі ағын құрылымын дәл модельдеуге мүмкіндік береді.
Қалақша бетіндегі PIV, IDDES және SST k–ω жылдамдықты үлестіру.x осі әрбір парақтың енін миллиметрмен көрсетеді, бастапқы нүктесі (0 мм) парақтың сол жақ шеткі бөлігін және ұшы (50 мм) парақтың оң жақ шеткі бөлігін білдіреді.
2 және 3 қалақтардың жылдамдықтарының таралулары 8-суретте және 8-суретте көрсетілгені анық көрінеді.А қосымшасындағы S2 және S3 биіктігі бойынша ұқсас тенденцияларды көрсетеді, ал қалақ 1 тәуелсіз өзгереді.2 және 3 қалақтардың жылдамдық профильдері мінсіз түзу болады және қалақ ұшынан 10 см биіктікте бірдей амплитудаға ие болады.Бұл ағынның осы кезде біркелкі болатынын білдіреді.Бұл IDDES арқылы жақсы шығарылған PIV нәтижелерінен анық көрінеді.Сонымен қатар, SST k–ω нәтижелері кейбір айырмашылықтарды көрсетеді, әсіресе 4 айн/мин.
1-пышақ барлық позицияларда жылдамдық профилінің бірдей пішінін сақтайтынын және биіктігі бойынша нормаланбағанын ескеру маңызды, өйткені араластырғыштың ортасында пайда болған бұрылыс барлық иықтардың бірінші жүзін қамтиды.Сондай-ақ, IDDES-пен салыстырғанда, PIV пышақ жылдамдығының профильдері 2 және 3 көптеген жерлерде пышақ бетінен 10 см биіктікте тең болғанша жылдамдық мәндерін біршама жоғары көрсетті.
Хабарлама уақыты: 26 ақпан 2023 ж