Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur.Siz cheklangan CSS-ni qo'llab-quvvatlaydigan brauzer versiyasidan foydalanmoqdasiz.Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da Moslik rejimini o'chirib qo'ying).Bundan tashqari, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScriptlarsiz ko'rsatamiz.
316Ti turi (UNS 31635) - molibden o'z ichiga olgan titanium stabillashtirilgan ostenitik xrom-nikel zanglamaydigan po'latdir.Ushbu qo'shimcha korroziyaga chidamliligini oshiradi, xlorid ionlari eritmalariga qarshilikni yaxshilaydi va yuqori haroratlarda kuchni oshiradi.Xususiyatlari 316 tipidagilarga o'xshash, bundan tashqari 316Ti titan qo'shilishi tufayli yuqori sezgirlik haroratida ishlatilishi mumkin.Korroziyaga chidamliligi, ayniqsa sulfat, xlorid, sirka, chumoli va tartarik kislotalarga, kislota sulfatlariga va ishqoriy xloridlarga nisbatan yaxshilanadi.
Kimyoviy tarkibi:
| 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 |
Xususiyatlari: tavlangan:
Maksimal kuchlanish kuchi: 75 KSI min (515 MPa min)
Hosildorlik kuchi: (0,2% ofset) 30 KSI min (205 MPa min)
Cho'zilish: 40% min
Qattiqlik: Rb 95 maks
Har bir slaydda uchta maqolani ko'rsatadigan slayderlar.Slaydlar boʻylab harakatlanish uchun “Orqaga” va “Keyingi” tugmalaridan yoki har bir slayd boʻylab harakatlanish uchun oxiridagi slaydni boshqarish tugmalaridan foydalaning.
Ushbu tadqiqotda flokulyatsiyaning gidrodinamikasi laboratoriya miqyosidagi eshkakli flokulyatorda turbulent oqim tezligi maydonini eksperimental va raqamli tekshirish orqali baholanadi.Zarrachalar agregatsiyasi yoki flok parchalanishiga yordam beruvchi turbulent oqim murakkab bo'lib, ushbu maqolada ikkita turbulentlik modeli, ya'ni SST k-ō va IDDES yordamida ko'rib chiqiladi va taqqoslanadi.Natijalar shuni ko'rsatadiki, IDDES SST k-ō ga nisbatan juda kichik yaxshilanishni ta'minlaydi, bu eshkakli flokulyator ichidagi oqimni aniq simulyatsiya qilish uchun etarli.Fit ball PIV va CFD natijalarining yaqinlashuvini o'rganish va foydalanilgan CFD turbulentlik modeli natijalarini solishtirish uchun ishlatiladi.Tadqiqot shuningdek, 0,25 ning odatiy tipik qiymati bilan solishtirganda 3 va 4 rpm past tezlikda 0,18 bo'lgan slip faktor k miqdorini aniqlashga qaratilgan.K ni 0,25 dan 0,18 gacha kamaytirish suyuqlikka etkazilgan quvvatni taxminan 27-30% ga oshiradi va tezlik gradientini (G) taxminan 14% ga oshiradi.Bu shuni anglatadiki, kutilganidan ko'ra ko'proq qo'zg'alish ta'minlanadi, shuning uchun kamroq energiya iste'mol qilinadi va shuning uchun ichimlik suvi tozalash inshootining flokulyatsiya blokida energiya sarfi kamroq bo'lishi mumkin.
Suvni tozalashda koagulyantlar qo'shilishi kichik kolloid zarralar va aralashmalarni beqarorlashtiradi, keyinchalik ular flokulyatsiya bosqichida flokulyatsiyani hosil qiladi.Yoriqlar bo'shashmasdan bog'langan fraktal massa agregatlari bo'lib, ular keyin cho'kish orqali chiqariladi.Zarrachalar xossalari va suyuqlikni aralashtirish sharoitlari flokulyatsiya va tozalash jarayonining samaradorligini aniqlaydi.Flokulyatsiya nisbatan qisqa vaqt davomida sekin qo'zg'atishni va katta hajmdagi suvni ajitatsiya qilish uchun ko'p energiyani talab qiladi1.
Flokulyatsiya paytida butun tizimning gidrodinamikasi va koagulyant-zarrachalar o'zaro ta'sirining kimyosi zarrachalarning statsionar o'lchamlari taqsimotiga erishish tezligini aniqlaydi2.Zarrachalar to'qnashganda ular bir-biriga yopishadi3.Oyegbile, Ay4, to'qnashuvlar Brownian diffuziyasining flokulyatsiyani tashish mexanizmlariga, suyuqlikni kesish va differentsial joylashishga bog'liqligini xabar qildi.Yoriqlar to'qnashganda ular o'sib, ma'lum bir o'lcham chegarasiga etadi, bu esa sinishiga olib kelishi mumkin, chunki yoriqlar gidrodinamik kuchlar kuchiga bardosh bera olmaydi5.Bu singan bo'laklarning ba'zilari yana kichikroq yoki bir xil o'lchamdagilarga aylanadi6.Biroq, kuchli yoriqlar bu kuchga qarshilik ko'rsatishi va hajmini saqlab turishi va hatto o'sishi mumkin7.Yukselen va Gregori8 parchalarni yo'q qilish va ularning qayta tiklanish qobiliyati bilan bog'liq tadqiqotlar haqida xabar berib, qaytarilmaslikning cheklanganligini ko'rsatdi.Bridgeman, Jefferson9 o'rtacha oqim va turbulentlikning flok hosil bo'lishiga va mahalliy tezlik gradientlari orqali parchalanishiga mahalliy ta'sirini baholash uchun CFD dan foydalangan.Rotor pichoqlari bilan jihozlangan tanklarda agregatlarning boshqa zarrachalar bilan to'qnashuv tezligini koagulyatsiya bosqichida etarlicha beqarorlashganda o'zgartirish kerak.CFD va 15 rpm atrofida pastroq aylanish tezligidan foydalangan holda, Vadasarukkai va Gagnon11 konusning eshkak eshish flokulyatsiyasi uchun G qiymatiga erishishga muvaffaq bo'ldi va shu bilan aralashtirish uchun quvvat sarfini minimallashtirdi.Biroq, yuqori G qiymatlarida ishlash flokulyatsiyaga olib kelishi mumkin.Ular aralashtirish tezligining uchuvchi paddle flokulyatorining o'rtacha tezlik gradientini aniqlashga ta'sirini o'rgandilar.Ular 5 rpm dan ortiq tezlikda aylanadi.
Korpijärvi, Ahlstedt12 tank sinov dastgohida oqim maydonini o'rganish uchun to'rt xil turbulentlik modellaridan foydalangan.Ular oqim maydonini lazerli Doppler anemometri va PIV bilan o'lchadi va hisoblangan natijalarni o'lchangan natijalar bilan solishtirdi.de Oliveyra va Donadel13 CFD yordamida gidrodinamik xususiyatlardan tezlik gradientlarini baholashning muqobil usulini taklif qildilar.Taklif etilgan usul spiral geometriyaga asoslangan oltita flokulyatsiya birligida sinovdan o'tkazildi.saqlash vaqtining flokulyantlarga ta'sirini baholadi va past ushlab turish vaqtlari bilan ratsional hujayra dizaynini qo'llab-quvvatlash uchun vosita sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan flokulyatsiya modelini taklif qildi14.Zhan, You15 to'liq miqyosdagi flokulyatsiyada oqim xususiyatlarini va flok xatti-harakatlarini taqlid qilish uchun birlashtirilgan CFD va populyatsiya balansi modelini taklif qildi.Llano-Serna, Coral-Portillo16 Kolumbiyaning Viterbo shahridagi suv tozalash inshootida Koks tipidagi gidroflokulyatorning oqim xususiyatlarini o'rganib chiqdi.CFD o'zining afzalliklariga ega bo'lsa-da, hisob-kitoblardagi raqamli xatolar kabi cheklovlar ham mavjud.Shu sababli, olingan har qanday raqamli natijalar tanqidiy xulosalar chiqarish uchun sinchkovlik bilan tekshirilishi va tahlil qilinishi kerak17.Adabiyotda gorizontal to'xtatuvchi flokulyatorlarni loyihalash bo'yicha tadqiqotlar kam, gidrodinamik flokulyatorlarni loyihalash bo'yicha tavsiyalar cheklangan18.Chen, Liao19 alohida zarrachalardan tarqalgan yorug'likning qutblanish holatini o'lchash uchun qutblangan yorug'likning tarqalishiga asoslangan eksperimental qurilmadan foydalangan.Feng, Zhang20 Ansys-Fluent-dan koagulatsiyalangan plastinka flokulyatori va gofrirovka qilingan flokulyatorning oqim maydonidagi girdab oqimlari va aylanishlarning taqsimlanishini simulyatsiya qilish uchun foydalangan.Ansys-Fluent yordamida flokulyatorda turbulent suyuqlik oqimini simulyatsiya qilgandan so'ng, Gavi21 natijalarni flokulyatorni loyihalash uchun ishlatgan.Vaneli va Teixeira22 spiral naychali flokulyatorlarning suyuqlik dinamikasi va flokulyatsiya jarayoni o'rtasidagi munosabatlar oqilona dizaynni qo'llab-quvvatlash uchun hali ham yaxshi tushunilmaganligini xabar qildi.de Oliveyra va Kosta Teyxeyra23 fizika tajribalari va CFD simulyatsiyalari orqali spiral naychali flokulyatorning samaradorligini o'rganib, gidrodinamik xususiyatlarini ko'rsatdi.Ko'pgina tadqiqotchilar o'ralgan quvurli reaktorlar yoki o'ralgan quvurli flokulyatorlarni o'rganishgan.Biroq, bu reaktorlarning turli dizayn va ish sharoitlariga munosabati haqida batafsil gidrodinamik ma'lumotlar hali ham mavjud emas (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Oliveira va Teixeira26 spiral flokulyatorning nazariy, eksperimental va CFD simulyatsiyalaridan original natijalarni taqdim etadilar.Oliveira va Teixeira27 spiral lasandan an'anaviy dekanter tizimi bilan birgalikda koagulyatsiya-flokulyatsiya reaktori sifatida foydalanishni taklif qilishdi.Ularning xabar berishicha, loyqalikni yo'qotish samaradorligi uchun olingan natijalar flokulyatsiyani baholash uchun tez-tez ishlatiladigan modellar bilan olingan natijalardan sezilarli darajada farq qiladi va bunday modellardan foydalanishda ehtiyot bo'lishni taklif qiladi.Moruzzi va de Oliveyra [28] turli ish sharoitlarida, jumladan, ishlatiladigan kameralar sonining o'zgarishi va sobit yoki masshtabli hujayra tezligi gradientlaridan foydalanishda uzluksiz flokulyatsiya kameralari tizimining xatti-harakatlarini modellashtirdi.Romphophak, Le Men29 Kvazi-ikki o'lchovli reaktiv tozalagichlarda lahzali tezliklarning PIV o'lchovlari.Ular flokulyatsiya zonasida kuchli reaktiv aylanishni aniqladilar va mahalliy va lahzali kesish tezligini hisobladilar.
Shah, Joshi30 xabar berishicha, CFD dizaynlarni takomillashtirish va virtual oqim xususiyatlarini olish uchun qiziqarli alternativani taklif qiladi.Bu keng ko'lamli eksperimental o'rnatishlardan qochishga yordam beradi.CFD suv va oqava suv tozalash inshootlarini tahlil qilish uchun tobora ko'proq foydalanilmoqda (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).Bir nechta tadqiqotchilar sinov uskunalari (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) va teshilgan disk flokulyatorlarida31 tajriba o'tkazdilar.Boshqalar gidroflokulyatorlarni baholash uchun CFD dan foydalanganlar (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Ghawi21 xabar berishicha, mexanik flokulyatorlar muntazam parvarishlashni talab qiladi, chunki ular tez-tez buziladi va ko'p elektr energiyasini talab qiladi.
Eshkakli flokulyatorning ishlashi suv omborining gidrodinamikasiga juda bog'liq.Bunday flokulyatorlarda oqim tezligi maydonlarining miqdoriy tushunchasi yo'qligi adabiyotlarda aniq qayd etilgan (Howe, Hand38; Hendricks39).Butun suv massasi flokulyator pervanelining harakatiga bo'ysunadi, shuning uchun sirpanish kutiladi.Odatda, suyuqlik tezligi pichoq tezligidan sirpanish faktori k bo'yicha kamroq bo'ladi, bu suv tanasining tezligining eshkak g'ildiragining tezligiga nisbati sifatida aniqlanadi.Bhole40 xabar berishicha, flokulyatorni loyihalashda e'tiborga olinishi kerak bo'lgan uchta noma'lum omil, ya'ni tezlik gradienti, tortish koeffitsienti va pichoqqa nisbatan suvning nisbiy tezligi.
Camp41 ma'lumotlariga ko'ra, yuqori tezlikli mashinalarni hisobga olgan holda, tezlik rotor tezligining taxminan 24% ni va past tezlikli mashinalar uchun 32% ni tashkil qiladi.Septa yo'q bo'lganda, Droste va Ger42 0,25 ak qiymatidan foydalangan, septa holatida esa k 0 dan 0,15 gacha bo'lgan.Qanday bo'lmasin, Hand38 k ning 0,2 dan 0,3 oralig'ida ekanligini ko'rsatadi.Hendrix39 sirpanish faktorini aylanish tezligiga empirik formuladan foydalanib bog‘ladi va sirpanish omili ham Camp41 tomonidan belgilangan diapazonda degan xulosaga keldi.Bratby43 ning xabar berishicha, k 1,8 dan 5,4 rpm gacha bo'lgan pervanel tezligi uchun taxminan 0,2 ni tashkil qiladi va 0,9 dan 3 rpm gacha bo'lgan pervanel tezligi uchun 0,35 gacha ko'tariladi.Boshqa tadqiqotchilar qarshilik koeffitsienti (Cd) qiymatlarining keng diapazonini 1,0 dan 1,8 gacha va slip koeffitsienti k qiymatlari 0,25 dan 0,40 gacha (Feir va Geyer44; Hyde va Ludwig45; Xarris, Kaufman46; van Duuren47; va Bratby va Marais48) haqida xabar berishadi. ).Adabiyotda Camp41 ishidan beri k ni aniqlash va miqdorni aniqlashda sezilarli muvaffaqiyatlar ko'rsatilmagan.
Flokulyatsiya jarayoni to'qnashuvlarni engillashtirish uchun turbulentlikka asoslanadi, bu erda tezlik gradienti (G) turbulentlik/flokulyatsiyani o'lchash uchun ishlatiladi.Aralashtirish kimyoviy moddalarni suvda tez va teng ravishda tarqatish jarayonidir.Aralashtirish darajasi tezlik gradienti bilan o'lchanadi:
Bu erda G = tezlik gradienti (sek-1), P = kirish quvvati (Vt), V = suv hajmi (m3), m = dinamik yopishqoqlik (Pa s).
G qiymati qanchalik baland bo'lsa, shunchalik aralashadi.Bir xil koagulyatsiyani ta'minlash uchun yaxshilab aralashtirish kerak.Adabiyot shuni ko'rsatadiki, eng muhim dizayn parametrlari aralashtirish vaqti (t) va tezlik gradienti (G).Flokulyatsiya jarayoni to'qnashuvlarni engillashtirish uchun turbulentlikka asoslanadi, bu erda tezlik gradienti (G) turbulentlik/flokulyatsiyani o'lchash uchun ishlatiladi.G uchun odatiy dizayn qiymatlari 20 dan 70 s-1 gacha, t 15 dan 30 minutgacha va Gt (o'lchamsiz) 104 dan 105 gacha. Tez aralashtirish tanklari eng yaxshi G qiymatlari 700 dan 1000 gacha bo'lgan vaqt bilan ishlaydi. taxminan 2 daqiqa.
bu erda P - har bir flokulyator pichog'i tomonidan suyuqlikka berilgan quvvat, N - aylanish tezligi, b - pichoq uzunligi, r - suv zichligi, r - radius va k - sirpanish koeffitsienti.Ushbu tenglama har bir pichoqqa alohida qo'llaniladi va natijalar flokulyatorning umumiy quvvatini berish uchun yig'iladi.Bu tenglamani sinchiklab o‘rganish eshkakli flokulyatorni loyihalash jarayonida sirg‘anish omili k muhimligini ko‘rsatadi.Adabiyotda k ning aniq qiymati ko'rsatilmagan, aksincha, avval aytib o'tilganidek, diapazonni tavsiya qiladi.Biroq, quvvat P va sirg'anish koeffitsienti k o'rtasidagi bog'liqlik kubdir.Shunday qilib, agar barcha parametrlar bir xil bo'lsa, masalan, k ni 0,25 dan 0,3 gacha o'zgartirish suyuqlikka uzatiladigan quvvatni taxminan 20% ga pasayishiga olib keladi va k ni 0,25 dan 0,18 gacha oshiradi.har bir qanot uchun taxminan 27-30% Suyuqlikka berilgan quvvat.Oxir oqibat, k ning barqaror paddle flokulyator dizayniga ta'siri texnik miqdorni aniqlash orqali o'rganilishi kerak.
Siljishning aniq empirik miqdorini aniqlash uchun oqimni vizuallashtirish va simulyatsiya qilish kerak.Shu sababli, pichoqning turli pozitsiyalarining ta'sirini baholash uchun suvda pichoqning ma'lum aylanish tezligida mildan turli radial masofalarda va suv sathidan turli xil chuqurliklarda tangensial tezligini tavsiflash muhimdir.
Ushbu tadqiqotda flokulyatsiyaning gidrodinamikasi laboratoriya miqyosidagi eshkakli flokulyatorda turbulent oqim tezligi maydonini eksperimental va raqamli tekshirish orqali baholanadi.PIV o'lchovlari flokulyatorda qayd etiladi va barglar atrofidagi suv zarralarining tezligini ko'rsatadigan vaqt bo'yicha o'rtacha tezlik konturlarini yaratadi.Bundan tashqari, ANSYS-Fluent CFD flokulyator ichidagi aylanma oqimni simulyatsiya qilish va vaqt bo'yicha o'rtacha tezlik konturlarini yaratish uchun ishlatilgan.Olingan CFD modeli PIV va CFD natijalari o'rtasidagi muvofiqlikni baholash orqali tasdiqlandi.Bu ishning asosiy e'tibori eshkakli flokulyatorning o'lchovsiz konstruktiv parametri bo'lgan sirg'anish koeffitsienti k miqdorini aniqlashga qaratilgan.Bu yerda keltirilgan ish 3 rpm va 4 rpm past tezlikda sirpanish koeffitsienti k miqdorini aniqlash uchun yangi asos yaratadi.Natijalarning oqibatlari to'g'ridan-to'g'ri flokulyatsiya tankining gidrodinamikasini yaxshiroq tushunishga yordam beradi.
Laboratoriya flokulyatori umumiy balandligi 147 sm, balandligi 39 sm, umumiy kengligi 118 sm va umumiy uzunligi 138 sm bo'lgan ustki ochiq to'rtburchak qutidan iborat (1-rasm).Camp49 tomonidan ishlab chiqilgan asosiy dizayn mezonlari laboratoriya miqyosidagi eshkakli flokulyatorni loyihalash va o'lchovli tahlil tamoyillarini qo'llash uchun ishlatilgan.Eksperimental inshoot Livan Amerika Universitetining (Byblos, Livan) Atrof-muhit muhandisligi laboratoriyasida qurilgan.
Gorizontal o'qi pastdan 60 sm balandlikda joylashgan bo'lib, ikkita eshkakli g'ildirakni o'z ichiga oladi.Har bir eshkak eshkak eshish g'ildiragi 4 ta eshkakdan iborat bo'lib, har birida 3 ta eshkak bo'lib, jami 12 ta eshkak bo'ladi.Flokulyatsiya 2 dan 6 rpmgacha past tezlikda yumshoq aralashtirishni talab qiladi.Flokulyatorlarda eng keng tarqalgan aralashtirish tezligi 3 rpm va 4 rpm.Laboratoriya miqyosidagi flokulyator oqimi ichimlik suvi tozalash inshootining flokulyatsiya tanki bo'linmasidagi oqimni ifodalash uchun mo'ljallangan.Quvvat an'anaviy tenglama 42 yordamida hisoblanadi.Ikkala aylanish tezligi uchun tezlik gradienti \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) dan katta. , Reynolds soni turbulent oqimni bildiradi (1-jadval).
PIV juda ko'p nuqtalarda bir vaqtning o'zida suyuqlik tezligi vektorlarining aniq va miqdoriy o'lchovlariga erishish uchun ishlatiladi50.Eksperimental qurilma laboratoriya miqyosidagi paddle flokulyatori, LaVision PIV tizimi (2017) va Arduino tashqi lazer sensori tetikini o'z ichiga oldi.Vaqt bo'yicha o'rtacha tezlik profillarini yaratish uchun PIV tasvirlari bir xil joyda ketma-ket yozilgan.PIV tizimi shunday kalibrlanganki, maqsadli maydon ma'lum bir belkurak qo'lining uchta pichog'ining har birining uzunligining o'rta nuqtasida bo'ladi.Tashqi tetik flokulyator kengligining bir tomonida joylashgan lazerdan va boshqa tomonda sensorni qabul qiluvchidan iborat.Flokulyator qo'li lazer yo'lini har safar to'sib qo'yganida, PIV lazeri va dasturlashtiriladigan vaqt birligi bilan sinxronlashtirilgan kamera bilan tasvirni olish uchun PIV tizimiga signal yuboriladi.Shaklda.2-rasmda PIV tizimining o'rnatilishi va tasvirni olish jarayoni ko'rsatilgan.
Flokulyator 5-10 daqiqa davomida ishlagandan so'ng, oqimni normallashtirish va bir xil sinishi indeks maydonini hisobga olish uchun PIVni qayd etish boshlandi.Kalibrlash flokulyatorga botirilgan va qiziqtiriladigan pichoq uzunligining o'rta nuqtasiga joylashtirilgan kalibrlash plitasi yordamida amalga oshiriladi.To'g'ridan-to'g'ri kalibrlash plitasi ustidagi tekis yorug'lik varag'ini hosil qilish uchun PIV lazerining o'rnini sozlang.Har bir pichoqning har bir aylanish tezligi uchun o'lchangan qiymatlarni yozib oling va tajriba uchun tanlangan aylanish tezligi 3 rpm va 4 rpm.
Barcha PIV yozuvlari uchun ikkita lazer impulslari orasidagi vaqt oralig'i 6900 dan 7700 mks gacha bo'lgan oraliqda o'rnatildi, bu zarrachalarning minimal siljishiga imkon berdi 5 piksel.To'g'ri vaqt bo'yicha o'rtacha o'lchovlarni olish uchun zarur bo'lgan tasvirlar soni bo'yicha tajriba sinovlari o'tkazildi.Vektor statistikasi 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240 va 280 tasvirlarni o'z ichiga olgan namunalar uchun taqqoslandi.240 ta rasmdan iborat namuna o'lchami har bir tasvir ikkita ramkadan iborat bo'lganligi sababli barqaror o'rtacha vaqtli natijalarni berishi aniqlandi.
Flokulyatordagi oqim turbulent bo'lganligi sababli, kichik turbulent tuzilmalarni hal qilish uchun kichik so'roq oynasi va ko'p sonli zarralar talab qilinadi.Aniqlikni ta'minlash uchun o'zaro bog'liqlik algoritmi bilan bir qatorda o'lchamlarni kamaytirishning bir necha iteratsiyasi qo'llaniladi.Dastlabki soʻrov oynasi oʻlchami 48×48 piksel boʻlib, 50% oʻxshashlik va bitta moslashtirish jarayonidan soʻng soʻrovnoma oynasi oʻlchami 32×32 piksel boʻlib, 100% oʻxshashlik va ikkita moslashish jarayoni kuzatildi.Bundan tashqari, shisha ichi bo'sh sharlar oqimda urug 'zarralari sifatida ishlatilgan, bu esa har bir ovoz berish oynasiga kamida 10 zarracha ruxsat bergan.PIV yozuvi lazer manbasini va kamerani ishlatish va sinxronlashtirish uchun mas'ul bo'lgan dasturlashtiriladigan vaqt birligi (PTU) ichidagi tetik manbai tomonidan boshlanadi.
Tijoriy CFD to'plami ANSYS Fluent v 19.1 3D modelni ishlab chiqish va asosiy oqim tenglamalarini echish uchun ishlatilgan.
ANSYS-Fluent yordamida laboratoriya miqyosidagi eshkakli flokulyatorning 3D modeli yaratildi.Model, laboratoriya modeli kabi gorizontal o'qga o'rnatilgan ikkita eshkak g'ildiragidan iborat to'rtburchaklar quti shaklida qilingan.Fribordsiz modelning balandligi 108 sm, kengligi 118 sm va uzunligi 138 sm.Mikser atrofida gorizontal silindrsimon tekislik qo'shilgan.Silindrsimon tekislik ishlab chiqarish o'rnatish bosqichida butun mikserning aylanishini amalga oshirishi va 3a-rasmda ko'rsatilganidek, flokulyator ichidagi aylanadigan oqim maydonini simulyatsiya qilishi kerak.
3D ANSYS-fluent va model geometriya diagrammasi, ANSYS-ravon flokulyator tanasining to'ri qiziqish tekisligida, ANSYS-fluent diagrammasi qiziqish tekisligida.
Model geometriyasi ikkita hududdan iborat bo'lib, ularning har biri suyuqlikdir.Bunga mantiqiy ayirish funksiyasi yordamida erishiladi.Suyuqlikni ifodalash uchun avval qutidan silindrni (shu jumladan mikserni) olib tashlang.Keyin mikserni silindrdan olib tashlang, natijada ikkita ob'ekt paydo bo'ladi: mikser va suyuqlik.Nihoyat, ikkita maydon o'rtasida toymasin interfeys qo'llanildi: silindr-silindr interfeysi va silindr-mikser interfeysi (3a-rasm).
Raqamli simulyatsiyalarni bajarish uchun foydalaniladigan turbulentlik modellari talablariga javob berish uchun tuzilgan modellarni to'ldirish tugallandi.Qattiq sirt yaqinida kengaytirilgan qatlamlari bo'lgan tuzilmagan mash ishlatilgan.Murakkab oqim naqshlari olinishini ta'minlash uchun barcha devorlar uchun o'sish tezligi 1,2 bo'lgan kengaytirish qatlamlarini yarating, birinchi qatlam qalinligi \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m bo'lishi uchun \ ( {\matn {y})^{+}\le 1.0\).Tana o'lchami tetraedr fitting usuli yordamida o'rnatiladi.Element oʻlchami 2,5 × \({10}^{-3}\) m boʻlgan ikkita interfeysning old tomoni oʻlchami va mikserning old oʻlchami 9 × \({10}^{-3}\ ) yaratildi. m qo'llaniladi.Dastlabki hosil qilingan mash 2144409 ta elementdan iborat (3b-rasm).
Dastlabki tayanch model sifatida ikki parametrli k-e turbulentlik modeli tanlangan.Flokulyator ichidagi aylanma oqimni aniq taqlid qilish uchun qimmatroq hisoblash modeli tanlandi.Flokulyator ichidagi turbulent aylanma oqim ikkita CFD modeli yordamida raqamli tekshirildi: SST k–ō51 va IDDES52.Modellarni tasdiqlash uchun ikkala modelning natijalari eksperimental PIV natijalari bilan solishtirildi.Birinchidan, SST k-ō turbulentlik modeli suyuqlik dinamikasi ilovalari uchun ikki tenglamali turbulent viskozite modelidir.Bu Wilcox k-ō va k-e modellarini birlashtirgan gibrid model.Aralashtirish funksiyasi devor yaqinidagi Wilcox modelini va kelayotgan oqimdagi k-e modelini faollashtiradi.Bu butun oqim maydonida to'g'ri modeldan foydalanishni ta'minlaydi.Noqulay bosim gradyanlari tufayli oqimning ajratilishini aniq bashorat qiladi.Ikkinchidan, SST k-ō RANS (Reynolds-O'rtacha Navier-Stokes) modeli bilan Individual Eddy Simulation (DES) modelida keng qo'llaniladigan Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) usuli tanlandi.IDDES gibrid RANS-LES (katta girdob simulyatsiyasi) modeli bo'lib, u yanada moslashuvchan va foydalanuvchilarga qulay ruxsatni o'lchash (SRS) simulyatsiya modelini ta'minlaydi.U LES modeliga asoslanib, katta burmalarni hal qiladi va kichik oʻlchamdagi burmalarni simulyatsiya qilish uchun SST k-ʼn ga qaytadi.Modelni tasdiqlash uchun SST k–ō va IDDES simulyatsiyasi natijalarining statistik tahlillari PIV natijalari bilan solishtirildi.
Dastlabki tayanch model sifatida ikki parametrli k-e turbulentlik modeli tanlangan.Flokulyator ichidagi aylanma oqimni aniq taqlid qilish uchun qimmatroq hisoblash modeli tanlandi.Flokulyator ichidagi turbulent aylanma oqim ikkita CFD modeli yordamida raqamli tekshirildi: SST k–ō51 va IDDES52.Modellarni tasdiqlash uchun ikkala modelning natijalari eksperimental PIV natijalari bilan solishtirildi.Birinchidan, SST k-ō turbulentlik modeli suyuqlik dinamikasi ilovalari uchun ikki tenglamali turbulent viskozite modelidir.Bu Wilcox k-ō va k-e modellarini birlashtirgan gibrid model.Aralashtirish funksiyasi devor yaqinidagi Wilcox modelini va kelayotgan oqimdagi k-e modelini faollashtiradi.Bu butun oqim maydonida to'g'ri modeldan foydalanishni ta'minlaydi.Noqulay bosim gradyanlari tufayli oqimning ajratilishini aniq bashorat qiladi.Ikkinchidan, SST k-ō RANS (Reynolds-O'rtacha Navier-Stokes) modeli bilan Individual Eddy Simulation (DES) modelida keng qo'llaniladigan Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) usuli tanlandi.IDDES gibrid RANS-LES (katta girdob simulyatsiyasi) modeli bo'lib, u yanada moslashuvchan va foydalanuvchilarga qulay ruxsatni o'lchash (SRS) simulyatsiya modelini ta'minlaydi.U LES modeliga asoslanib, katta burmalarni hal qiladi va kichik oʻlchamdagi burmalarni simulyatsiya qilish uchun SST k-ʼn ga qaytadi.Modelni tasdiqlash uchun SST k–ō va IDDES simulyatsiyasi natijalarining statistik tahlillari PIV natijalari bilan solishtirildi.
Bosimga asoslangan vaqtinchalik hal qiluvchidan foydalaning va tortishish kuchidan Y yo'nalishida foydalaning.Aylanish mikserga mash harakatini belgilash orqali erishiladi, bu erda aylanish o'qining kelib chiqishi gorizontal o'qning markazida va aylanish o'qining yo'nalishi Z yo'nalishida joylashgan.Ikkala model geometriyasi interfeysi uchun to'r interfeysi yaratiladi, natijada ikkita chegaralovchi quti chetlari paydo bo'ladi.Eksperimental texnikada bo'lgani kabi, aylanish tezligi 3 va 4 aylanishlarga to'g'ri keladi.
Mikser va flokulyatorning devorlari uchun chegara shartlari devor tomonidan o'rnatildi va flokulyatorning yuqori ochilishi nol o'lchovli bosim bilan chiqish orqali o'rnatildi (3c-rasm).ODDDA bosim-tezlik aloqa sxemasi, eng kichik kvadratlar elementlariga asoslangan barcha parametrlar bilan ikkinchi tartibli funktsiyalarning gradient maydonini diskretlashtirish.Barcha oqim o‘zgaruvchilari uchun yaqinlashish mezoni miqyosdagi qoldiq 1 x \({10}^{-3}\) hisoblanadi.Vaqt bosqichida takrorlashning maksimal soni 20 ta, vaqt qadamining o'lchami esa 0,5 ° aylanishga to'g'ri keladi.Yechim SST k–ō modeli uchun 8-iteratsiyada va IDDES yordamida 12-iteratsiyada birlashadi.Bundan tashqari, vaqt qadamlari soni mikser kamida 12 aylanishni amalga oshirishi uchun hisoblab chiqilgan.Eksperimental protseduraga o'xshash oqimni normallashtirishga imkon beruvchi 3 ta aylanishdan keyin vaqt statistikasi uchun ma'lumotlar namunasini qo'llang.Har bir inqilob uchun tezlik halqalarining chiqishini solishtirish oxirgi to'rtta aylanish uchun aynan bir xil natijalarni beradi, bu barqaror holatga erishilganligini ko'rsatadi.Qo'shimcha aylanishlar o'rtacha tezlik konturlarini yaxshilamadi.
Vaqt qadami aylanish tezligi, 3 rpm yoki 4 rpm bilan bog'liq holda aniqlanadi.Vaqt bosqichi mikserni 0,5 ° ga aylantirish uchun zarur bo'lgan vaqtga to'g'ri keladi.Bu etarli bo'lib chiqadi, chunki oldingi bo'limda tasvirlanganidek, yechim osongina birlashadi.Shunday qilib, har ikkala turbulentlik modeli uchun barcha raqamli hisoblar 3 rpm, 0,0208 \(\stackrel{\mathrm{-} uchun 0,02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) o'zgartirilgan vaqt qadami yordamida amalga oshirildi. {3}\) 4 aylanish/daq.Muayyan vaqt bosqichi uchun hujayraning Courant soni har doim 1,0 dan kam bo'ladi.
Modelga bog'liqlikni o'rganish uchun natijalar dastlab original 2,14M to'r, so'ngra tozalangan 2,88M mesh yordamida olingan.Tarmoqni yaxshilash mikser korpusining hujayra hajmini 9 × \({10}^{-3}\) m dan 7 × \({10}^{-3}\) m gacha kamaytirish orqali erishiladi.Ikki modeldagi turbulentlikning asl va tozalangan to'rlari uchun pichoq atrofidagi turli joylarda tezlik modullarining o'rtacha qiymatlari solishtirildi.Natijalar orasidagi foiz farqi SST k–ō modeli uchun 1,73% va IDDES modeli uchun 3,51% ni tashkil qiladi.IDDES gibrid RANS-LES modeli bo'lgani uchun yuqori foizli farqni ko'rsatadi.Ushbu farqlar ahamiyatsiz deb hisoblandi, shuning uchun simulyatsiya 2,14 million element va 0,5 ° aylanish vaqti qadami bilan original tarmoq yordamida amalga oshirildi.
Tajriba natijalarining takrorlanuvchanligi oltita tajribaning har birini ikkinchi marta bajarish va natijalarni solishtirish orqali tekshirildi.Ikki tajriba seriyasida pichoqning markazidagi tezlik qiymatlarini solishtiring.Ikki eksperimental guruh o'rtasidagi o'rtacha foiz farqi 3,1% ni tashkil etdi.PIV tizimi ham har bir tajriba uchun mustaqil ravishda qayta kalibrlangan.Har bir pichoqning markazida analitik hisoblangan tezlikni bir xil joydagi PIV tezligi bilan solishtiring.Ushbu taqqoslash pichoq 1 uchun maksimal foiz xatosi 6,5% bo'lgan farqni ko'rsatadi.
Sirpanish koeffitsientini miqdoriy aniqlashdan oldin, eshkakli flokulyatordagi sirpanish tushunchasini ilmiy tushunish kerak, bu esa flokulyatorning eshkaklari atrofidagi oqim tuzilishini o‘rganishni talab qiladi.Kontseptual ravishda, sirpanish koeffitsienti pichoqlarning suvga nisbatan tezligini hisobga olish uchun eshkakli flokulyatorlarning dizayniga kiritilgan.Adabiyotda bu tezlik pichoq tezligining 75% bo'lishini tavsiya qiladi, shuning uchun ko'pchilik dizaynlar odatda ushbu sozlashni hisobga olish uchun 0,25 ak dan foydalanadi.Bu oqim tezligi maydonini to'liq tushunish va bu slipni o'rganish uchun PIV tajribalaridan olingan tezlik oqimlaridan foydalanishni talab qiladi.Pichoq 1 - milga eng yaqin bo'lgan eng ichki pichoq, pichoq 3 - eng tashqi pichoq va pichoq 2 - o'rta pichoq.
1-pichoqdagi tezlik oqimlari pichoq atrofida to'g'ridan-to'g'ri aylanadigan oqimni ko'rsatadi.Ushbu oqim naqshlari pichoqning o'ng tomonida, rotor va pichoq o'rtasida joylashgan nuqtadan chiqadi.4a-rasmdagi qizil nuqta bilan ko'rsatilgan maydonga qarab, pichoq ustidagi va atrofidagi resirkulyatsiya oqimining yana bir jihatini aniqlash qiziq.Oqim vizualizatsiyasi aylanma zonaga ozgina oqimni ko'rsatadi.Bu oqim pichoqning o'ng tomonidan pichoqning uchidan taxminan 6 sm balandlikda yaqinlashadi, ehtimol rasmda ko'rinadigan pichoq oldidagi qo'lning birinchi pichog'ining ta'siri tufayli.4 aylanish tezligida oqim vizualizatsiyasi bir xil xatti-harakatlar va tuzilishni ko'rsatadi, ehtimol yuqori tezlikda.
3 rpm va 4 rpm ikki aylanish tezligida uchta pichoqning tezlik maydoni va joriy grafiklari.Uchta pichoqning 3 aylanish tezligida maksimal o'rtacha tezligi mos ravishda 0,15 m / s, 0,20 m / s va 0,16 m / s, 4 aylanish tezligida maksimal o'rtacha tezligi 0,15 m / s, 0,22 m / s va 0,22 m / ni tashkil qiladi. s, mos ravishda.uchta varaqda.
Vektorli oqimning yana bir shakli 1 va 2 qanotlar orasida topildi. Vektor maydoni suv oqimining vektor yo'nalishi bilan ko'rsatilgandek 2 qanotning pastki qismidan yuqoriga qarab harakatlanishini aniq ko'rsatadi.4b-rasmdagi nuqtali qutida ko'rsatilganidek, bu vektorlar pichoq yuzasidan vertikal yuqoriga ko'tarilmaydi, balki o'ngga buriladi va asta-sekin tushadi.Pichoq 1 yuzasida pastga qarab vektorlar ajralib turadi, ular ikkala pichoqqa yaqinlashadi va ularni ular orasida hosil bo'lgan resirkulyatsiya oqimidan o'rab oladi.Xuddi shu oqim strukturasi har ikkala aylanish tezligida 4 rpm yuqori tezlik amplitudasi bilan aniqlandi.
Pichoq 3 ning tezlik maydoni oldingi pichoqning tezligi vektorining pichoq 3 ostidagi oqimga qo'shilishidan sezilarli hissa qo'shmaydi. Pichoq 3 ostidagi asosiy oqim suv bilan ko'tarilgan vertikal tezlik vektoriga bog'liq.
Pichoq 3 yuzasi ustidagi tezlik vektorlarini 4c-rasmda ko'rsatilganidek, uch guruhga bo'lish mumkin.Birinchi to'plam - pichoqning o'ng chetidagi to'plam.Bu holatda oqim tuzilishi to'g'ri o'ngga va yuqoriga (ya'ni pichoq 2 tomon).Ikkinchi guruh - pichoqning o'rtasi.Ushbu pozitsiya uchun tezlik vektori to'g'ridan-to'g'ri yuqoriga, hech qanday og'ishsiz va aylanmasdan yo'naltiriladi.Tezlik qiymatining pasayishi pichoqning uchidan balandlikning oshishi bilan aniqlandi.Pichoqlarning chap periferiyasida joylashgan uchinchi guruh uchun oqim darhol chapga, ya'ni flokulyator devoriga yo'naltiriladi.Tezlik vektori bilan ifodalangan oqimning katta qismi yuqoriga ko'tariladi va oqimning bir qismi gorizontal ravishda pastga tushadi.
Ikki turbulentlik modeli, SST k-ō va IDDES, pichoqning o'rtacha uzunligi tekisligida 3 rpm va 4 rpm uchun vaqt bo'yicha o'rtacha tezlik profillarini qurish uchun ishlatilgan.5-rasmda ko'rsatilganidek, barqaror holatga to'rtta ketma-ket aylanish natijasida hosil bo'lgan tezlik konturlari orasidagi mutlaq o'xshashlikka erishish orqali erishiladi.Bundan tashqari, IDDES tomonidan hosil qilingan vaqt bo'yicha o'rtacha tezlik konturlari 6a-rasmda, SST k - ō tomonidan yaratilgan vaqt bo'yicha o'rtacha tezlik profillari 6a-rasmda ko'rsatilgan.6b.
IDDES va SST k–ō tomonidan yaratilgan vaqt bo'yicha o'rtacha tezlik halqalaridan foydalangan holda, IDDES tezligi pastadirlarining yuqori ulushiga ega.
7-rasmda ko'rsatilganidek, IDDES bilan 3 aylanish tezligida yaratilgan tezlik profilini diqqat bilan tekshiring. Mikser soat yo'nalishi bo'yicha aylanadi va oqim ko'rsatilgan eslatmalarga muvofiq muhokama qilinadi.
Shaklda.7 dan ko'rinib turibdiki, I kvadrantda pichoq 3 yuzasida oqimning ajralishi bor, chunki oqim yuqori teshik mavjudligi sababli cheklanmagan.II kvadrantda oqimning ajralishi kuzatilmaydi, chunki oqim flokulyator devorlari bilan to'liq chegaralangan.III kvadrantda suv avvalgi kvadrantlarga qaraganda ancha past yoki past tezlikda aylanadi.I va II kvadrantlardagi suv mikser ta'sirida pastga siljiydi (ya'ni aylantiriladi yoki tashqariga suriladi).Va III kvadrantda suv aralashtirgichning pichoqlari bilan chiqariladi.Ko'rinib turibdiki, bu joydagi suv massasi yaqinlashib kelayotgan flokulyator yengiga qarshilik ko'rsatadi.Bu kvadrantdagi aylanma oqim butunlay ajratilgan.IV kvadrant uchun qanot 3 ustidagi havo oqimining katta qismi flokulyator devori tomon yo'naltiriladi va balandlikning yuqori ochilishgacha o'sishi bilan asta-sekin o'z hajmini yo'qotadi.
Bundan tashqari, markaziy joylashuv ko'k nuqtali ellipslar bilan ko'rsatilganidek, III va IV kvadrantlarda hukmronlik qiluvchi murakkab oqim naqshlarini o'z ichiga oladi.Bu belgilangan maydonning eshkakli flokulyatordagi aylanma oqimga hech qanday aloqasi yo‘q, chunki aylanma harakatni aniqlash mumkin.Bu ichki oqim va to'liq aylanish oqimi o'rtasida aniq ajratish mavjud bo'lgan I va II kvadrantlardan farqli o'laroq.
Shaklda ko'rsatilganidek.6, IDDES va SST k-ō natijalarini solishtirganda, tezlik konturlari orasidagi asosiy farq pichoq 3 dan darhol past tezlikning kattaligidir. SST k-ō modeli kengaytirilgan yuqori tezlikli oqim pichoq 3 tomonidan amalga oshirilishini aniq ko'rsatadi. IDDES bilan solishtirganda.
Yana bir farqni III kvadrantda topish mumkin.IDDES dan, avval aytib o'tilganidek, flokulyator qo'llari orasidagi aylanish oqimining ajratilishi qayd etilgan.Biroq, bu pozitsiya burchaklardan va birinchi pichoqning ichki qismidan past tezlikli oqimdan kuchli ta'sir ko'rsatadi.Xuddi shu joy uchun SST k–ō dan kontur chiziqlari IDDES bilan solishtirganda nisbatan yuqori tezlikni ko'rsatadi, chunki boshqa hududlardan birlashuvchi oqim yo'q.
Oqim harakati va tuzilishini to'g'ri tushunish uchun tezlik vektor maydonlari va oqim chiziqlarini sifatli tushunish talab qilinadi.Har bir pichoqning kengligi 5 sm ekanligini hisobga olib, tezlik profilini taqdim etish uchun kenglik bo'ylab ettita tezlik nuqtasi tanlangan.Bundan tashqari, tezlik profilini to'g'ridan-to'g'ri har bir pichoq yuzasiga va vertikal ravishda 10 sm balandlikgacha bo'lgan 2,5 sm uzluksiz masofaga chizish orqali pichoq yuzasidan balandlik funktsiyasi sifatida tezlikning kattaligini miqdoriy tushunish talab qilinadi.Qo'shimcha ma'lumot olish uchun rasmdagi S1, S2 va S3 ga qarang.Ilova A. 8-rasmda PIV tajribalari va IDDES va SST k-ō yordamida ANSYS-Fluent tahlili yordamida olingan har bir pichoqning sirt tezligi taqsimotining o'xshashligi (Y = 0,0) ko'rsatilgan.Ikkala raqamli model ham flokulyator pichoqlari yuzasida oqim tuzilishini aniq simulyatsiya qilish imkonini beradi.
Pichoq yuzasida PIV, IDDES va SST k–ō tezlik taqsimoti.X o'qi har bir varaqning kengligini millimetrda ifodalaydi, kelib chiqishi (0 mm) varaqning chap chetini va oxiri (50 mm) varaqning o'ng chetini ifodalaydi.
Aniq ko'rinib turibdiki, pichoqlar 2 va 3 tezligini taqsimlash 8 va 8-rasmda ko'rsatilgan.A ilovasidagi S2 va S3 balandlikdagi o'xshash tendentsiyalarni ko'rsatadi, pichoq 1 esa mustaqil ravishda o'zgaradi.2 va 3 pichoqlarning tezlik profillari mukammal tekis bo'lib qoladi va pichoqning uchidan 10 sm balandlikda bir xil amplitudaga ega.Bu shuni anglatadiki, bu vaqtda oqim bir xil bo'ladi.Bu IDDES tomonidan yaxshi takrorlangan PIV natijalaridan aniq ko'rinadi.Ayni paytda, SST k–ō natijalari ba'zi farqlarni ko'rsatadi, ayniqsa 4 rpm da.
Shuni ta'kidlash kerakki, pichoq 1 barcha pozitsiyalarda tezlik profilining bir xil shaklini saqlab qoladi va balandlikda normallashtirilmaydi, chunki mikserning markazida hosil bo'lgan aylanma barcha qo'llarning birinchi pichog'ini o'z ichiga oladi.Bundan tashqari, IDDES bilan solishtirganda, PIV pichoq tezligi profillari 2 va 3 ko'p joylarda pichoq yuzasidan 10 sm balandlikda deyarli teng bo'lgunga qadar bir oz yuqori tezlik qiymatlarini ko'rsatdi.
Xabar vaqti: 26-fevral-2023-yil