Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com.Шумо версияи браузерро бо дастгирии маҳдуди CSS истифода мебаред.Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед).Илова бар ин, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript нишон медиҳем.
Якбора карусели се слайдро намоиш медиҳад.Тугмаҳои Пешина ва Ояндаро истифода баред, то дар як вақт дар се слайд гузаред ё тугмаҳои слайдерро дар охир истифода баред, то дар як вақт аз се слайд гузаред.
Дар ин таҳқиқот, гидродинамикаи флоккулятсия тавассути таҳқиқоти таҷрибавӣ ва ададии майдони суръати ҷараёни турбулентӣ дар флокулятори падлӣ дар миқёси лабораторӣ арзёбӣ мешавад.Ҷараёни турбулентӣ, ки ба ҷамъшавии зарраҳо ё шикастани флок мусоидат мекунад, мураккаб аст ва дар ин мақола бо истифода аз ду модели турбулентӣ, аз ҷумла SST k-ω ва IDDES баррасӣ ва муқоиса карда мешавад.Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки IDDES дар муқоиса бо SST k-ω беҳбудии хеле ночизро таъмин мекунад, ки барои ба таври дақиқ тақлид кардани ҷараён дар дохили флокулятори падл кифоя аст.Холи мувофиқ барои таҳқиқи конвергенсияи натиҷаҳои PIV ва CFD ва муқоисаи натиҷаҳои модели турбулентии CFD истифода мешавад.Тадқиқот инчунин ба муайян кардани миқдори омили лағзиши k, ки 0,18 дар суръати пасти 3 ва 4 чархзанӣ дар муқоиса бо арзиши муқаррарии 0,25 аст, тамаркуз мекунад.Паст кардани k аз 0,25 то 0,18 қувваи ба моеъ интиқолшаванда тақрибан 27-30% ва градиенти суръатро (G) тақрибан 14% зиёд мекунад.Ин маънои онро дорад, ки омехтаи пуршиддат нисбат ба интизорӣ ба даст оварда мешавад, аз ин рӯ камтар энергия сарф мешавад ва аз ин рӯ, масрафи энергия дар агрегати флокуляцияи иншооти тозакунии оби нӯшокӣ метавонад камтар бошад.
Ҳангоми тозакунии об, илова кардани коагулянтҳо зарраҳои хурди коллоидӣ ва наҷосатро ноустувор мегардонад, ки баъдан дар марҳилаи флоккулятсия флокуляцияро ташкил медиҳанд.Флакҳо агрегатҳои фракталии массаи фуҷур басташуда мебошанд, ки баъдан бо роҳи таҳшин хориҷ карда мешаванд.Хусусиятҳои зарраҳо ва шароити омехтаи моеъ самаранокии раванди флокуляция ва коркардро муайян мекунанд.Флокулятсия агитацияи сустро дар муддати нисбатан кутоҳ ва қувваи зиёдро барои ҷӯшонидани миқдори зиёди об талаб мекунад1.
Ҳангоми флокуляция гидродинамикаи тамоми система ва химияи таъсири мутақобилаи коагулянт ва зарраҳо суръати ба даст овардани тақсимоти статсионарии андозаи зарраҳоро муайян мекунанд2.Ҳангоми бархӯрди зарраҳо ба ҳамдигар часпида мешаванд3.Oyegbile, Ay4 гузориш дод, ки бархӯрдҳо аз механизмҳои интиқоли флокуляцияи диффузияи Броунӣ, буридани моеъ ва ҷойгиршавии дифференсиалӣ вобаста аст.Хангоми ба хам бархурдани порахо калон мешаванд ва ба хадди муайяни андоза мерасад, ки ин боиси шикастан мегардад, зеро порахо ба кувваи куввахои гидродинамик тоб оварда наметавонанд5.Баъзе аз ин пораҳои шикаста дубора ба хурдтар ё ҳамон андоза муттаҳид мешаванд6.Аммо, пораҳои қавӣ метавонанд ба ин қувва муқобилат кунанд ва андозаи худро нигоҳ доранд ва ҳатто калон шаванд7.Юкселен ва Грегори8 дар бораи тадқиқотҳои марбут ба нобудшавии пораҳо ва қобилияти барқароршавии онҳо гузориш доданд ва нишон доданд, ки бебозгашт маҳдуд аст.Бриджман, Ҷефферсон 9 CFD-ро барои ҳисоб кардани таъсири маҳаллии ҷараёни миёна ва турбулентӣ ба ташаккули флока ва тақсимшавӣ тавассути градиентҳои суръати маҳаллӣ истифода бурд.Дар бакхое, ки бо парчахои ротор тачхизонида шудаанд, суръати бархурдани агрегатхо бо дигар хиссачахо хангоми дар фазаи коагуляция ба кадри кофй ноустувор шудани онхо тагьир додан лозим аст.Бо истифода аз CFD ва суръати камтари гардиши тақрибан 15 чархзанӣ, Вадасаруккай ва Гагнон11 тавонистанд ба арзишҳои G барои флоккулятсия бо лӯлаҳои конусӣ ноил шаванд ва ба ин васила масрафи барқро барои ташвиқот кам кунанд.Аммо, кор бо арзишҳои баландтари G метавонад ба флокуляция оварда расонад.Онҳо таъсири суръати омехтаро ба муайян кардани градиенти миёнаи суръати флокулятори пилотӣ таҳқиқ карданд.Онҳо бо суръати бештар аз 5 чархзанӣ давр мезананд.
Korpijärvi, Ahlstedt12 чор модели гуногуни турбулентиро барои омӯзиши майдони ҷараёни дар курсии озмоишии танк истифода бурд.Онҳо майдони ҷараёнро бо анемометри лазерии Доплер ва PIV чен карданд ва натиҷаҳои ҳисобшударо бо натиҷаҳои ченшуда муқоиса карданд.де Оливейра ва Донадел13 усули алтернативии баҳодиҳии градиентҳои суръатро аз хосиятҳои гидродинамикӣ бо истифода аз CFD пешниҳод кардаанд.Усули пешниҳодшуда дар шаш агрегати флоккулятсия дар асоси геометрияи спиралӣ озмуда шуд.таъсири вақти нигоҳдорӣ ба флокулянтҳоро арзёбӣ кард ва модели флоккулятсияро пешниҳод кард, ки метавонад ҳамчун воситаи дастгирии тарҳи оқилонаи ҳуҷайраҳо бо вақти нигоҳдории кам истифода шавад14.Чжан, You15 модели якҷояи CFD ва тавозуни популятсияро барои тақлид кардани хусусиятҳои ҷараён ва рафтори флока дар флокуляцияи миқёси пурра пешниҳод кард.Llano-Serna, Coral-Portillo16 хусусиятҳои ҷараёни гидрофлокулятори навъи Коксро дар як иншооти коркарди об дар Витербо, Колумбия таҳқиқ кард.Гарчанде ки CFD бартариҳои худро дорад, инчунин маҳдудиятҳо ба монанди хатогиҳои ададӣ дар ҳисобҳо мавҷуданд.Аз ин рӯ, ҳама гуна натиҷаҳои ададии бадастомада бояд бодиққат тафтиш ва таҳлил карда шаванд, то хулосаҳои интиқодӣ бароварда шаванд17.Дар адабиёт оид ба тарҳрезии флокуляторҳои горизонталии бафлӣ кам тадқиқот мавҷуд аст, дар ҳоле ки тавсияҳо оид ба тарҳрезии флокуляторҳои гидродинамикӣ маҳдуданд18.Чен, Liao19 як дастгоҳи таҷрибавӣ дар асоси парокандашавии нури қутбшударо барои чен кардани ҳолати поляризатсияи нури пароканда аз зарраҳои алоҳида истифода бурд.Feng, Zhang20 Ansys-Fluent-ро барои тақлид кардани тақсимоти ҷараёнҳои гирдобӣ ва гардиш дар майдони ҷараёни флокулятори плитаи коагулятсияшуда ва флоккулатори байникӯҳшуда истифода бурд.Пас аз тақлид кардани ҷараёни турбулентии моеъ дар флокулятор бо истифода аз Ansys-Fluent, Gavi21 натиҷаҳоро барои тарҳрезии флокулятор истифода бурд.Ванели ва Тейксейра22 гузориш доданд, ки робитаи байни динамикаи моеъи флокуляторҳои найҳои спиралӣ ва раванди флокуляция барои дастгирии тарҳи оқилона ҳанӯз дарк карда нашудааст.де Оливейра ва Коста Тейшейра23 самаранокии онро омӯхта, хосиятҳои гидродинамикии флокулятори найчаи спиралиро тавассути таҷрибаҳои физикӣ ва симулятсияҳои CFD нишон доданд.Бисёре аз муҳаққиқон реакторҳои қубурҳои печдор ё флокуляторҳои қубурро омӯхтанд.Бо вуҷуди ин, маълумоти муфассали гидродинамикӣ дар бораи вокуниши ин реакторҳо ба тарҳҳои гуногун ва шароити кор ҳанӯз вуҷуд надорад (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Oliveira ва Teixeira26 натиҷаҳои аслии аз моделиронии назариявӣ, таҷрибавӣ ва CFD-и флокулятори спиралӣ пешниҳод мекунанд.Оливейра ва Тейшейра27 пешниҳод карданд, ки як спиралро ҳамчун реактори коагуляция-флокуляция дар якҷоягӣ бо системаи анъанавии декантер истифода баранд.Онҳо гузориш медиҳанд, ки натиҷаҳое, ки дар самти бартараф кардани лоғар ба даст оварда шудаанд, аз натиҷаҳое, ки бо моделҳои маъмулан барои арзёбии флокуляция ба даст оварда шудаанд, ба таври назаррас фарқ мекунанд, ки ҳангоми истифодаи чунин моделҳо эҳтиёткор буданро тавсия медиҳанд.Моруззи ва де Оливейра [28] рафтори системаи камераҳои флоккулятсияи доимиро дар шароити гуногуни корӣ, аз ҷумла тағирот дар шумораи камераҳои истифодашуда ва истифодаи градиентҳои суръати собит ё миқёси ҳуҷайра моделсозӣ карданд.Romphophak, Le Men29 Андозагирии PIV суръатҳои фаврӣ дар тозакунандаи реактивии квази-дученака.Онҳо гардиши пурқуввати реактивиро дар минтақаи флокуляция пайдо карданд ва суръати интиқоли маҳаллӣ ва фаврӣ ҳисоб карданд.
Шах, Ҷоши30 гузориш медиҳад, ки CFD алтернативаи ҷолибро барои такмил додани тарҳҳо ва ба даст овардани хусусиятҳои ҷараёни виртуалӣ пешниҳод мекунад.Ин барои пешгирӣ кардани танзимоти таҷрибавии васеъ кӯмак мекунад.CFD барои таҳлили иншооти коркарди об ва обҳои партов бештар истифода мешавад (Мело, Фрейре31; Алалм, Наср32; Бриджман, Ҷефферсон9; Самарас, Зубулис33; Ванг, Ву34; Чжан, Тежада-Мартинез35).Якчанд муфаттишон таҷрибаҳо оид ба таҷҳизоти санҷидашуда (Бриджман, Ҷефферсон36; Бриджман, Ҷефферсон5; Ҷарвис, Ҷефферсон6; Ванг, Ву34) ва флокуляторҳои дискҳои сӯрохдор31 гузарониданд.Дигарон барои арзёбии гидрофлокуляторҳо аз CFD истифода кардаанд (Бриджман, Ҷефферсон5; Вадасаруккай, Гагнон37).Ghawi21 гузориш дод, ки флокуляторҳои механикӣ нигоҳубини мунтазамро талаб мекунанд, зеро онҳо аксар вақт вайрон мешаванд ва қувваи зиёди барқро талаб мекунанд.
Фаъолияти флоккулатори падлӣ аз гидродинамикаи обанбор хеле вобаста аст.Набудани фаҳмиши миқдории майдонҳои суръати ҷараён дар чунин флокуляторҳо дар адабиёт ба таври возеҳ қайд карда шудааст (Howe, Hand38; Hendricks39).Тамоми массаи об ба ҳаракати чархи флокулятор вобаста аст, бинобар ин лағзиш дар назар аст.Одатан, суръати моеъ аз суръати теғ бо омили лағзиши k камтар аст, ки он ҳамчун таносуби суръати ҷисми об ба суръати чархи бел муайян карда мешавад.Bhole40 гузориш дод, ки се омили номаълуме вуҷуд доранд, ки ҳангоми тарҳрезии флокулятор ба назар гирифта шаванд, яъне градиенти суръат, коэффисиенти кашолакунӣ ва суръати нисбии об нисбат ба майса.
Camp41 гузориш медиҳад, ки ҳангоми баррасии мошинҳои баландсуръат, суръат тақрибан 24% суръати ротор ва барои мошинҳои пастсуръат то 32% баланд аст.Дар сурати набудани септа, Droste ва Ger42 арзиши ak-ро 0,25 истифода бурданд, дар ҳоле ки дар сурати септа, k аз 0 то 0,15 буд.Ҳол, Ҳанд38 пешниҳод мекунад, ки k дар ҳудуди 0,2 то 0,3 аст.Ҳендрикс39 омили лағзишро бо суръати гардиш бо истифода аз формулаи эмпирикӣ алоқаманд кард ва ба хулосае омад, ки омили лағзиш низ дар доираи муқаррарнамудаи Camp41 аст.Bratby43 гузориш дод, ки k барои суръати чарх аз 1,8 то 5,4 чархзанӣ тақрибан 0,2 аст ва барои суръати чарх аз 0,9 то 3 чархзанӣ ба 0,35 меафзояд.Дигар муҳаққиқон доираи васеи арзишҳои коэффисиенти кашолакунӣ (Cd) -ро аз 1,0 то 1,8 ва коэффисиенти лағзиши k аз 0,25 то 0,40 гузориш медиҳанд (Фейр ва Гейер44; Хайд ва Людвиг45; Харрис, Кауфман46; ван Дурен47; ва Братби ва Мараис48 ).Адабиёт дар муайян кардан ва микдори к-аз кори Кэмп41 пешравии назаррасро нишон намедихад.
Раванди флокуляция ба турбулентӣ барои осон кардани бархӯрд асос ёфтааст, ки дар он градиенти суръат (G) барои чен кардани турбулентӣ/флокуляция истифода мешавад.Омехташавӣ раванди зуд ва баробар пароканда кардани кимиёвӣ дар об мебошад.Дараҷаи омехта бо градиенти суръат чен карда мешавад:
ки G = градиенти суръат (сек-1), P = вуруди нерӯ (Вт), V = ҳаҷми об (м3), μ = часпакии динамикӣ (Па с).
Чӣ қадаре ки арзиши G баланд бошад, ҳамон қадар омехта мешавад.Омезиши ҳамаҷониба барои таъмини коагуляцияи якхела муҳим аст.Адабиёт нишон медиҳад, ки муҳимтарин параметрҳои тарҳрезӣ вақти омехта (t) ва градиенти суръат (G) мебошанд.Раванди флокуляция ба турбулентӣ барои осон кардани бархӯрд асос ёфтааст, ки дар он градиенти суръат (G) барои чен кардани турбулентӣ/флокуляция истифода мешавад.Қиматҳои тарроҳии маъмулӣ барои G аз 20 то 70 с–1, t аз 15 то 30 дақиқа ва Gt (бе андоза) аз 104 то 105 аст. Бакҳои омехтаи зуд бо арзишҳои G аз 700 то 1000, бо мӯҳлат мондан беҳтар кор мекунанд. тақрибан 2 дақиқа.
ки дар он Р ќувваи ба моеъ додаи њар як флокулятор, N суръати гардиш, b дарозии теса, ρ зичии об, r радиус ва k коэффисиенти лаѓзиш аст.Ин муодила ба ҳар як майса ба таври инфиродӣ татбиқ карда мешавад ва натиҷаҳо ҷамъ карда мешаванд, то ҳаҷми умумии қувваи флокуляторро диҳад.Омӯзиши бодиққати ин муодила аҳамияти омили лағзиши k дар раванди тарҳрезии флокулятори белакдорро нишон медиҳад.Дар адабиёт арзиши дақиқи k нишон дода нашудааст, балки ба ҷои он диапазонеро, ки қаблан гуфта шуда буд, тавсия медиҳад.Аммо, муносибати байни қувваи P ва коэффисиенти лағзиш k мукааб аст.Њамин тавр, ба шарте, ки њамаи параметрњо якхела бошанд, масалан, аз 0,25 ба 0,3 таѓйир додани k боиси кам шудани ќувваи ба моеъи дар як майса интиќолшаванда такрибан 20% ва кам кардани k аз 0,25 то 0,18 зиёд мешавад.тақрибан 27-30% дар як вентилятор Қувваи ба моеъ додашуда.Дар ниҳоят, таъсири k ба тарҳрезии флоккулаторҳои устувори падлӣ бояд тавассути миқдори техникӣ тафтиш карда шавад.
Миқдори дақиқи эмпирикии лағжиш визуализатсия ва симулятсияи ҷараёнро талаб мекунад.Аз ин рӯ, барои баҳодиҳии таъсири мавқеъҳои гуногуни теғ суръати тангенсиалии теғро дар об бо суръати муайяни гардиш дар масофаҳои гуногуни радиалӣ аз чоҳ ва дар чуқуриҳои гуногун аз сатҳи об тавсиф кардан муҳим аст.
Дар ин таҳқиқот, гидродинамикаи флоккулятсия тавассути таҳқиқоти таҷрибавӣ ва ададии майдони суръати ҷараёни турбулентӣ дар флокулятори падлӣ дар миқёси лабораторӣ арзёбӣ мешавад.Андозаҳои PIV дар флокулятор сабт карда мешаванд, ки контурҳои суръати миёнаи вақтро эҷод мекунанд, ки суръати зарраҳои обро дар атрофи баргҳо нишон медиҳанд.Илова бар ин, ANSYS-Fluent CFD барои тақлид кардани ҷараёни гардиш дар дохили флокулятор ва сохтани контурҳои суръати миёнаи вақт истифода шуд.Модели CFD дар натиҷаи арзёбии мувофиқати байни натиҷаҳои PIV ва CFD тасдиқ карда шуд.Мақсади ин кор ба муайян кардани миқдори коэффисиенти лағзиши k, ки параметри тарҳрезии беандозаи флоккулатори падлист.Коре, ки дар ин чо оварда шудааст, барои муайян кардани микдори коэффициенти лағзиши k дар суръати пасти 3 чархзанӣ ва 4 чархзанӣ заминаи нав фароҳам меорад.Натиҷаҳои натиҷаҳо бевосита ба беҳтар фаҳмидани гидродинамикаи зарфи флокуляция мусоидат мекунанд.
Флокулятори лабораторӣ аз қуттии росткунҷаи кушодаи боло иборат аст, ки баландии умумии он 147 см, баландии 39 см, бари умумии 118 см ва дарозии умумии 138 см мебошад (расми 1).Меъёрҳои асосии тарҳрезии аз ҷониби Camp49 таҳияшуда барои тарҳрезии флокулятори миқёси лабораторӣ ва татбиқи принсипҳои таҳлили андозагирӣ истифода шуданд.Иншооти таҷрибавӣ дар лабораторияи муҳандисии муҳити зисти Донишгоҳи амрикоии Лубнон (Библос, Лубнон) сохта шудааст.
Меҳвари уфуқӣ дар баландии 60 см аз поён ҷойгир буда, ду чархи белро ҷойгир мекунад.Ҳар як чархи падл аз 4 бел бо 3 падл дар ҳар як бел ба маблағи умумии 12 падл иборат аст.Флокулятсия бо суръати пасти аз 2 то 6 чархзанӣ ангезиши нармро талаб мекунад.Суръати маъмултарини омехта дар флокуляторҳо 3 чархзанӣ ва 4 чархзанӣ мебошанд.Ҷараёни флоккулатори миқёси лабораторӣ барои муаррифии ҷараён дар қисмати зарфҳои флокуляцияи як иншооти тозакунандаи оби нӯшокӣ тарҳрезӣ шудааст.Қувва бо истифода аз муодилаи анъанавии 42 ҳисоб карда мешавад.Барои ҳарду суръати гардиш, градиенти суръат \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) аз 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) бузургтар аст. , рақами Рейнольдс ҷараёни турбулентиро нишон медиҳад (Ҷадвали 1).
PIV барои ноил шудан ба андозагирии дақиқ ва миқдории векторҳои суръати моеъ дар як вақт дар шумораи хеле зиёди нуқтаҳо50 истифода мешавад.Дастгоҳи таҷрибавӣ флокулятори миқёси лабораторӣ, системаи LaVision PIV (2017) ва триггери сенсори лазерии Arduino иборат буд.Барои эҷод кардани профилҳои суръати миёнаи вақт, тасвирҳои PIV дар як макон пайдарпай сабт карда шуданд.Системаи PIV тавре калибр карда шудааст, ки майдони мавриди ҳадаф дар миёнаи дарозии ҳар як аз се теғи як бозуи махсуси белкаш ҷойгир аст.Триггери беруна аз лазере иборат аст, ки дар як тарафи паҳнои флокулятор ва қабулкунандаи сенсор дар тарафи дигар ҷойгир аст.Ҳар дафъае, ки бозуи флокулятор роҳи лазерро маҳкам мекунад, ба системаи PIV сигнал фиристода мешавад, то тасвир бо лазери PIV ва камераи ҳамоҳангшуда бо воҳиди вақтбандии барномарезишуда сабт карда шавад.Дар расм.2 насби системаи PIV ва раванди ба даст овардани тасвирро нишон медиҳад.
Сабти PIV пас аз кор кардани флокулятор дар тӯли 5-10 дақиқа барои ба эътидол овардани ҷараён ва ба назар гирифтани ҳамон майдони шохиси шикаста оғоз шуд.Калибрченкунӣ бо истифода аз лавҳаи калибркунӣ, ки дар флокулятор ғарқ карда шудааст ва дар миёнаи дарозии майсаи мавриди таваҷҷӯҳ ҷойгир шудааст, ба даст оварда мешавад.Мавқеи лазери PIV-ро танзим кунед, то як варақи нури ҳамворро мустақиман дар болои лавҳаи калибрченкунӣ ташкил кунед.Қиматҳои ченакро барои ҳар як суръати гардиши ҳар як чарх сабт кунед ва суръати гардиши барои таҷриба интихобшуда 3 rpm ва 4 rpm мебошанд.
Барои ҳама сабтҳои PIV, фосилаи вақт байни ду импулси лазерӣ дар диапазони аз 6900 то 7700 мкс муқаррар карда шуд, ки имкон дод, ки ҳадди ақали заррачаҳо 5 пикселро иваз кунанд.Санҷишҳои пилотӣ аз рӯи шумораи тасвирҳое, ки барои ба даст овардани ченакҳои дақиқи миёнаи вақт лозиманд, гузаронида шуданд.Омори векторӣ барои намунаҳое, ки 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240 ва 280 тасвир доранд, муқоиса карда шуданд.Андозаи намунаи 240 тасвир ёфт шуд, ки бо назардошти он ки ҳар як тасвир аз ду чаҳорчӯба иборат аст, натиҷаҳои мӯътадили миёнаи вақт медиҳад.
Азбаски ҷараён дар флокулятор ноором аст, барои ҳалли сохторҳои хурди турбулентӣ равзанаи хурди пурсиш ва миқдори зиёди зарраҳо лозиманд.Якчанд такрори кам кардани андоза дар якҷоягӣ бо алгоритми байникоррелятсия барои таъмини дақиқ истифода мешавад.Андозаи равзанаи овоздиҳии ибтидоии 48 × 48 пиксел бо 50% такрорӣ ва як раванди мутобиқсозӣ пас аз он андозаи равзанаи ниҳоии овоздиҳӣ 32 × 32 пиксел бо 100% такрор ва ду раванди мутобиқшавӣ буд.Илова бар ин, ҳамчун зарраҳои тухмӣ дар ҷараён кураҳои холии шиша истифода шуданд, ки ҳадди аққал 10 зарраро дар як равзанаи овоздиҳӣ иҷозат доданд.Сабти PIV аз ҷониби манбаи триггер дар воҳиди барномарезишавандаи вақт (PTU), ки барои кор ва ҳамоҳангсозии манбаи лазер ва камера масъул аст, оғоз мешавад.
Бастаи тиҷоратии CFD ANSYS Fluent v 19.1 барои таҳияи модели 3D ва ҳалли муодилаҳои асосии ҷараён истифода шудааст.
Бо истифода аз ANSYS-Fluent, модели 3D-и флокулятори падлӣ дар миқёси лабораторӣ сохта шуд.Модел дар шакли қуттии росткунҷае сохта шудааст, ки аз ду чархи белдор, ки дар меҳвари уфуқӣ ҷойгир карда шудаанд, ба мисли модели лаборатория иборат аст.Модели бе борди фрейм баландии 108 см, бараш 118 см ва дарозиаш 138 см мебошад.Дар атрофи миксер як ҳавопаймои силиндрии уфуқӣ илова карда шудааст.Насли ҳавопаймои силиндрӣ бояд гардиши тамоми миксерро дар марҳилаи насб амалӣ кунад ва майдони гардиши гардиши дохили флокуляторро, тавре ки дар расми 3а нишон дода шудааст, тақлид кунад.
Диаграммаи геометрияи 3D ANSYS-фаъол ва моделӣ, торчаи бадани флокулятори ANSYS-фаъол дар ҳавопаймои таваҷҷӯҳ, диаграммаи ANSYS-фаъол дар ҳавзаи таваҷҷӯҳ.
Геометрияи модел аз ду минтақа иборат аст, ки ҳар яки онҳо моеъ мебошанд.Ин бо истифода аз функсияи тарҳкунии мантиқӣ ба даст оварда мешавад.Аввал силиндрро (аз он ҷумла миксер) аз қуттӣ хориҷ кунед, то моеъро нишон диҳад.Сипас миксерро аз силиндр хориҷ кунед, ки дар натиҷа ду объект пайдо мешавад: миксер ва моеъ.Ниҳоят, дар байни ду минтақа интерфейси лағжиш ба кор бурда шуд: интерфейси силиндр-силиндр ва интерфейси силиндр-миксер (расми 3а).
Коркарди моделҳои сохташуда барои қонеъ кардани талаботи моделҳои турбулентӣ, ки барои иҷро кардани симулятсияҳои ададӣ истифода мешаванд, анҷом дода шудааст.Шабакаи сохторнашуда бо қабатҳои васеъшуда дар наздикии сатҳи сахт истифода шудааст.Барои ҳамаи деворҳо қабатҳои васеъкуниро бо суръати афзоиши 1,2 эҷод кунед, то намунаҳои мураккаби ҷараёни ҷараён гирифта шаванд ва ғафсии қабати якум \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) м барои таъмини он, ки \ ( {\ матн {y})^{+}\le 1.0\).Андозаи бадан бо усули фитинги тетраэдрӣ танзим карда мешавад.Андозаи паҳлӯи ду интерфейс бо андозаи элементи 2,5 × \({10}^{-3}\) м ва андозаи пеши миксер 9 × \({10}^{-3}\) сохта шудааст. м татбиқ карда мешавад.Шабакаи ибтидоии тавлидшуда аз 2144409 элемент иборат буд (расми 3б).
Модели дупараметри k–ε турбулентӣ ҳамчун модели ибтидоӣ интихоб карда шуд.Барои дақиқ тақлид кардани ҷараёни гардиш дар дохили флокулятор, модели аз ҷиҳати ҳисоббарорӣ гаронтар интихоб карда шуд.Ҷараёни гардиши ноором дар дохили флокулятор бо истифода аз ду модели CFD: SST k–ω51 ва IDDES52 ба таври ададӣ таҳқиқ карда шуд.Натиҷаҳои ҳарду модел бо натиҷаҳои таҷрибавии PIV барои тасдиқи моделҳо муқоиса карда шуданд.Аввалан, модели турбулентии SST k-ω модели часпакии турбулентии ду муодила барои барномаҳои динамикаи моеъ мебошад.Ин модели гибридӣ мебошад, ки моделҳои Wilcox k-ω ва k-ε-ро муттаҳид мекунад.Функсияи омехта модели Wilcox-ро дар назди девор ва модели k-ε -ро дар ҷараёни омада фаъол мекунад.Ин кафолат медиҳад, ки модели дуруст дар тамоми майдони ҷараён истифода мешавад.Он ҷудошавии ҷараёнро аз сабаби градиентҳои манфии фишор дақиқ пешгӯӣ мекунад.Сониян, усули Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES), ки дар модели Individual Eddy Simulation (DES) бо модели SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) васеъ истифода мешавад, интихоб карда шуд.IDDES як модели гибридии RANS-LES (симулятсияи бузурги eddy) мебошад, ки модели симулятсияи миқёси резолюцияи (SRS) фасеҳтар ва ба истифодабаранда осонро таъмин мекунад.Он ба модели LES барои ҳалли гирдоби калон асос ёфтааст ва ба SST k-ω барои тақлид кардани гирдоби миқёси хурд бармегардад.Таҳлилҳои омории натиҷаҳо аз симулятсияҳои SST k–ω ва IDDES бо натиҷаҳои PIV барои тасдиқи модел муқоиса карда шуданд.
Модели дупараметри k–ε турбулентӣ ҳамчун модели ибтидоӣ интихоб карда шуд.Барои дақиқ тақлид кардани ҷараёни гардиш дар дохили флокулятор, модели аз ҷиҳати ҳисоббарорӣ гаронтар интихоб карда шуд.Ҷараёни гардиши ноором дар дохили флокулятор бо истифода аз ду модели CFD: SST k–ω51 ва IDDES52 ба таври ададӣ таҳқиқ карда шуд.Натиҷаҳои ҳарду модел бо натиҷаҳои таҷрибавии PIV барои тасдиқи моделҳо муқоиса карда шуданд.Аввалан, модели турбулентии SST k-ω модели часпакии турбулентии ду муодила барои барномаҳои динамикаи моеъ мебошад.Ин модели гибридӣ мебошад, ки моделҳои Wilcox k-ω ва k-ε-ро муттаҳид мекунад.Функсияи омехта модели Wilcox-ро дар назди девор ва модели k-ε -ро дар ҷараёни омада фаъол мекунад.Ин кафолат медиҳад, ки модели дуруст дар тамоми майдони ҷараён истифода мешавад.Он ҷудошавии ҷараёнро аз сабаби градиентҳои манфии фишор дақиқ пешгӯӣ мекунад.Сониян, усули Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES), ки дар модели Individual Eddy Simulation (DES) бо модели SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) васеъ истифода мешавад, интихоб карда шуд.IDDES як модели гибридии RANS-LES (симулятсияи бузурги eddy) мебошад, ки модели симулятсияи миқёси резолюцияи (SRS) фасеҳтар ва ба истифодабаранда осонро таъмин мекунад.Он ба модели LES барои ҳалли гирдоби калон асос ёфтааст ва ба SST k-ω барои тақлид кардани гирдоби миқёси хурд бармегардад.Таҳлилҳои омории натиҷаҳо аз симулятсияҳои SST k–ω ва IDDES бо натиҷаҳои PIV барои тасдиқи модел муқоиса карда шуданд.
Ҳалли муваққатии бар асоси фишорро истифода баред ва вазниниро дар самти Y истифода баред.Гардшавӣ тавассути таъин кардани ҳаракати торӣ ба миксер ба даст меояд, ки дар он сарчашмаи меҳвари гардиш дар маркази меҳвари уфуқӣ ва самти меҳвари гардиш дар самти Z ҷойгир аст.Барои ҳарду интерфейси геометрияи модел интерфейси торӣ сохта мешавад, ки дар натиҷа ду кунҷи қуттии маҳдудкунанда ба вуҷуд меояд.Тавре ки дар техникаи таҷрибавӣ суръати гардиш ба 3 ва 4 гардиш мувофиқат мекунад.
Шароити сарҳадӣ барои деворҳои миксер ва флокулятор аз ҷониби девор ва кушодашавии болоии флокулятор аз ҷониби баромадгоҳ бо фишори сифрӣ муқаррар карда шуд (расми 3в).Схемаи СОДДАИ алоқаи фишор-суръат, дискретизатсияи фазои градиентии функсияҳои дараҷаи дуюм бо ҳама параметрҳо дар асоси элементҳои квадратҳои хурдтарин.Меъёри конвергенсия барои ҳама тағирёбандаҳои ҷараён боқимондаи миқёси 1 x \({10}^{-3}\) мебошад.Шумораи максималии такрорӣ дар як қадами вақт 20 аст ва андозаи қадами вақт ба гардиши 0,5 ° мувофиқат мекунад.Ҳалли дар итератсияи 8-ум барои модели SST k–ω ва дар итератсияи 12-ум бо истифода аз IDDES ҷамъ мешавад.Илова бар ин, шумораи қадамҳои вақт ҳисоб карда шуд, ки миксер камаш 12 гардиш кунад.Истифодаи намунаи маълумот барои омори вақт пас аз 3 гардиш, ки имкон медиҳад, ки ба эътидол овардани ҷараёни шабеҳ ба тартиби таҷрибавӣ.Муқоисаи ҳосили ҳалқаҳои суръат барои ҳар як инқилоб барои чор гардиши охир маҳз ҳамон натиҷаҳоро медиҳад, ки ин нишон медиҳад, ки ҳолати устувор ба даст омадааст.Давраҳои иловагӣ контурҳои суръати миёнаро беҳтар накарданд.
Қадами вақт дар робита бо суръати гардиш, 3 rpm ё 4 rpm муайян карда мешавад.Қадами вақт ба вақти зарурӣ барои гардиши миксер ба 0,5 ° дақиқ карда мешавад.Ин кофист, зеро ҳалли осон, тавре ки дар боби қаблӣ тавсиф шудааст, ба ҳам мепайвандад.Ҳамин тариқ, ҳама ҳисобҳои ададӣ барои ҳарду модели турбулентӣ бо истифода аз қадами тағирёфтаи вақти 0,02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) барои 3 rpm, 0,0208 \(\stackrel{\mathrm{-} {3}\) 4 чархзанӣ.Барои як қадами вақти дақиқсозии додашуда рақами Courant ячейка ҳамеша аз 1,0 камтар аст.
Барои омӯхтани вобастагии модел аз тор, натиҷаҳо аввал бо истифода аз торҳои аслии 2.14M ва сипас торҳои тозашудаи 2.88M ба даст оварда шуданд.Тозакунии шабака тавассути кам кардани андозаи ҳуҷайраи бадани миксер аз 9 × \({10}^{-3}\) м то 7 × \({10}^{-3}\) м ба даст оварда мешавад.Барои торҳои аслӣ ва тозашудаи ду модели турбулентӣ, арзишҳои миёнаи модулҳои суръат дар ҷойҳои гуногуни атрофи майса муқоиса карда шуданд.Фарқи фоизи байни натиҷаҳо барои модели SST k–ω 1,73% ва барои модели IDDES 3,51% мебошад.IDDES фарқияти фоизи зиёдтарро нишон медиҳад, зеро он модели гибридии RANS-LES мебошад.Ин фарқиятҳо ночиз ҳисобида мешуданд, аз ин рӯ моделсозӣ бо истифода аз шабакаи аслӣ бо 2,14 миллион элемент ва қадами вақти гардиши 0,5 ° анҷом дода шуд.
Такрорпазирии натиҷаҳои таҷрибавӣ тавассути иҷрои ҳар як шаш таҷриба бори дуюм ва муқоисаи натиҷаҳо санҷида шуд.Дар ду силсилаи таҷрибаҳо арзишҳои суръатро дар маркази майса муқоиса кунед.Фарқи миёнаи фоизи байни ду гурӯҳи таҷрибавӣ 3,1% буд.Системаи PIV инчунин барои ҳар як озмоиш мустақилона аз нав калибровка карда шуд.Суръати аз ҷиҳати таҳлилӣ ҳисобшударо дар маркази ҳар як майса бо суръати PIV дар ҳамон макон муқоиса кунед.Ин муқоиса фарқиятро бо хатогии ҳадди аксар 6,5% барои blade 1 нишон медиҳад.
Пеш аз муайян кардани миќдори омили лаѓзиш мафњуми лаѓзишро дар флокулятори падлї аз љињати илмї фањмидан лозим аст, ки омўзиши сохтори љараёни атрофи падлуњои флокуляторро талаб мекунад.Ба таври консептуалӣ, коэффисиенти лағзиш дар тарҳрезии флокуляторҳои падлӣ сохта шудааст, то суръати теғҳо нисбат ба об ба назар гирифта шавад.Адабиёт тавсия медиҳад, ки ин суръат 75% суръати майса бошад, аз ин рӯ аксари тарҳҳо одатан барои ҳисоб кардани ин тасҳеҳ AK-и 0,25-ро истифода мебаранд.Барои пурра фаҳмидани майдони суръати ҷараён ва омӯзиши ин лағжиш истифода бурдани ҷараёнҳои суръат, ки аз таҷрибаҳои PIV гирифта шудаанд, талаб мекунад.Майзи 1 теғи дарунтарин ба чоҳ наздик аст, теғи 3 теғи берунтарин ва теғи 2 теғи миёна аст.
Ҷараёни суръат дар майсаи 1 ҷараёни мустақими гардишро дар атрофи майса нишон медиҳад.Ин шаклҳои ҷараён аз як нуқта дар тарафи рости майса, байни ротор ва майса ба вуҷуд меоянд.Ба майдоне, ки бо қуттии нуқтадори сурх дар расми 4а нишон дода шудааст, назар карда, ҷолиб аст, ки ҷанбаи дигари ҷараёни гардиши гардиш дар боло ва атрофи майса муайян карда шавад.Визуализатсияи ҷараён ҷараёни камро ба минтақаи гардиш нишон медиҳад.Ин ҷараён аз тарафи рости теғ дар баландии тақрибан 6 см аз нӯги теғ наздик мешавад, ки эҳтимолан аз таъсири теғи аввали дасте, ки пеш аз теғ аст, ки дар тасвир намоён аст.Визуализатсияи ҷараён дар 4 rpm рафтор ва сохтори якхеларо, зоҳиран бо суръати баландтар нишон медиҳад.
Майдони суръат ва графикҳои ҷории се чарх дар ду суръати гардиши 3 чархзанӣ ва 4 чархзанӣ.Суръати максималии миёнаи се чарх дар 3 чархзанӣ мутаносибан 0,15 м/с, 0,20 м/с ва 0,16 м/с ва суръати миёнаи максималӣ дар 4 гардиш 0,15 м/с, 0,22 м/с ва 0,22 м/с аст. с, мутаносибан.дар се варақ.
Шакли дигари ҷараёни спиралӣ дар байни ҷӯякҳои 1 ва 2 пайдо шуд. Майдони векторӣ равшан нишон медиҳад, ки ҷараёни об аз поёни пардаи 2, ки бо самти вектор нишон дода шудааст, ба боло ҳаракат мекунад.Тавре ки аз қуттии нуқтадор дар расми 4б нишон дода шудааст, ин векторҳо аз сатҳи теса амудӣ ба боло намераванд, балки ба тарафи рост гашта, тадриҷан фуроянд.Дар сатхи теса 1 векторхои поин фарк карда мешаванд, ки ба хар ду лахта наздик шуда, аз чараёни рециркуляцияи байни онхо ба вучуд омада онхоро ихота мекунанд.Сохтори якхелаи ҷараён дар ҳарду суръати гардиш бо амплитудаи баландтари суръати 4 rpm муайян карда шуд.
Майдони суръати теғи 3 аз вектори суръати теғи қаблӣ ба ҷараёни поёни теғи 3 пайвастшуда саҳми назаррас намегузорад. Ҷараёни асосии зери теғи 3 аз ҳисоби вектори суръати амудӣ бо об боло меравад.
Векторҳои суръатро дар рӯи теғи 3 ба се гурӯҳ тақсим кардан мумкин аст, ки дар расми 4в нишон дода шудааст.Маҷмӯи аввал яке дар канори рости майса аст.Сохтори ҷараён дар ин мавқеъ рост ба тарафи рост ва боло (яъне ба сӯи майсаи 2) аст.Гурухи дуюм мобайни майса мебошад.Вектори суръат барои ин мавқеъ бе ягон инҳироф ва бидуни гардиш рост ба боло нигаронида шудааст.Камшавии суръати суръат бо баланд шудани баландии аз охири майса муайян карда шуд.Барои гурухи сеюм, ки дар периферияи чапи течхо чойгир аст, чараён фавран ба тарафи чап, яъне ба девори флокулятор равона карда мешавад.Аксари ҷараёне, ки вектори суръат нишон медиҳад, боло меравад ва як қисми ҷараён ба таври уфуқӣ поён меравад.
Ду модели турбулентӣ, SST k–ω ва IDDES, барои сохтани профилҳои суръати миёнаи вақт барои 3 rpm ва 4 rpm дар ҳавопаймои дарозии миёна истифода шуданд.Тавре ки дар расми 5 нишон дода шудааст, ҳолати устувор тавассути ноил шудан ба шабоҳати мутлақ байни контурҳои суръате, ки бо чор гардиши пайдарпай ба вуҷуд омадааст, ба даст оварда мешавад.Ба гайр аз ин, контурхои суръати миёнаи дар вакти IDDES тавлидшуда дар расми 6а нишон дода шудаанд, дар сурате, ки профилхои суръати миёнаравии вакти SST k – ω тавлидшуда дар расми 6а нишон дода шудаанд.6б.
Бо истифода аз IDDES ва ҳалқаҳои суръати миёнаи вақт, ки аз ҷониби SST k–ω тавлид шудаанд, IDDES ҳиссаи бештари ҳалқаҳои суръат дорад.
Бодиққат профили суръатеро, ки бо IDDES дар 3 чархзанӣ сохта шудааст, тафтиш кунед, тавре ки дар расми 7 нишон дода шудааст. Миксер бо ақрабаки соат давр мезанад ва ҷараёни он мувофиқи қайдҳои нишон додашуда баррасӣ мешавад.
Дар расм.7 дида мешавад, ки дар сатхи теса 3 дар квадранти I људошавии љараён ба назар мерасад, зеро љараён аз сабаби мављудияти сурохии боло мањдуд намешавад.Дар квадранти II људошавии љараён мушоњида намешавад, зеро љараён бо деворњои флокулятор комилан мањдуд аст.Дар квадранти III об назар ба квадрантхои пештара бо суръати хеле паст ё камтар давр мезанад.Об дар чоргонаҳои I ва II бо таъсири миксер ба поён ҳаракат мекунад (яъне гардиш ё тела дода мешавад).Дар квартали III бошад, обро бо течахои агитатор тела медиханд.Маълум аст, ки массаи об дар ин чо ба гили флокулятори наздик омадаистода тобовар аст.Ҷараёни гардиш дар ин квадрант комилан ҷудо карда шудааст.Барои квадранти IV, қисми зиёди ҷараёни ҳаво аз болои венти 3 ба тарафи девори флокулятор равона карда мешавад ва бо афзоиши баландии он то кушодашавии боло тадриҷан андозаи худро гум мекунад.
Илова бар ин, ҷойгиршавии марказӣ шаклҳои мураккаби ҷараёнро дар бар мегирад, ки дар квадрантҳои III ва IV бартарӣ доранд, тавре ки бо эллипсҳои кабуди нуқта нишон дода шудааст.Ин минтақаи ишорашуда ба ҷараёни гардиш дар флокулятори бел ҳеҷ рабте надорад, зеро ҳаракати гардишро метавон муайян кард.Ин дар муқоиса бо квадрантҳои I ва II аст, ки дар он ҷо ҷудоии возеҳ байни ҷараёни дохилӣ ва ҷараёни пурраи гардиш мавҷуд аст.
Чунон ки дар расм нишон дода шудааст.6, бо муқоисаи натиҷаҳои IDDES ва SST k-ω, фарқияти асосии байни контурҳои суръат ин бузургии суръат дарҳол дар зери майса 3 мебошад. Модели SST k-ω ба таври возеҳ нишон медиҳад, ки ҷараёни баландсуръати васеъшуда тавассути майсаи 3 амалӣ карда мешавад. нисбат ба IDDES.
Тафовути дигарро дар квадранти III дидан мумкин аст.Аз IDDES, тавре ки қаблан зикр гардид, ҷудоии гардиши гардиш байни дастаҳои флокулятор қайд карда шуд.Бо вуҷуди ин, ба ин мавқеъ ҷараёни пасти суръат аз кунҷҳо ва даруни майсаи аввал сахт таъсир мерасонад.Аз SST k–ω барои як макон, хатҳои контурӣ нисбат ба IDDES суръати нисбатан баландтарро нишон медиҳанд, зеро ҷараёни омехта аз дигар минтақаҳо вуҷуд надорад.
Барои дарки дурусти рафтор ва сохтори ҷараён фаҳмиши сифатии майдонҳо ва ҷараёнҳои вектори суръат зарур аст.Бо назардошти он, ки ҳар як майса 5 см васеъ аст, ҳафт нуқтаи суръат дар саросари паҳн интихоб карда шуданд, то профили намояндагии суръатро таъмин кунанд.Илова бар ин, фаҳмиши миқдорӣ дар бораи бузургии суръат ҳамчун функсияи баландии аз сатҳи теғ тавассути нақшаи профили суръат мустақиман дар ҳар як сатҳ ва дар масофаи муттасили 2,5 см амудӣ то баландии 10 см зарур аст.Барои маълумоти бештар ба S1, S2 ва S3 дар расм нигаред.Замимаи A. Дар расми 8 шабоҳати тақсимоти суръати сатҳи ҳар як майса (Y = 0,0) нишон дода шудааст, ки бо истифода аз таҷрибаҳои PIV ва таҳлили ANSYS-Fluent бо истифода аз IDDES ва SST k-ω гирифта шудааст.Ҳарду модели ададӣ имкон медиҳанд, ки сохтори ҷараёнро дар рӯи пилтаҳои флокулятор ба таври дақиқ тақлид кунанд.
Тақсимоти суръат PIV, IDDES ва SST k–ω дар сатҳи майса.Меҳвари x паҳнои ҳар як варақро бо миллиметрҳо ифода мекунад, ибтидо (0 мм) канори чапи варақ ва охири (50 мм) канори рости варақро ифода мекунад.
Баръало дида мешавад, ки таќсимоти суръати теѓњои 2 ва 3 дар расми 8 ва расми 8 нишон дода шудаанд.S2 ва S3 дар Замимаи А тамоюлҳои шабеҳро бо баландӣ нишон медиҳанд, дар ҳоле ки майсаи 1 мустақилона тағйир меёбад.Профилҳои суръати теғҳои 2 ва 3 комилан рост мешаванд ва дар баландии 10 см аз охири теғ амплитудаи якхела доранд.Ин маънои онро дорад, ки ҷараён дар ин лаҳза яксон мешавад.Ин аз натиҷаҳои PIV, ки аз ҷониби IDDES хуб тавлид шудааст, равшан дида мешавад.Дар ҳамин ҳол, натиҷаҳои SST k–ω баъзе фарқиятҳоро нишон медиҳанд, махсусан дар 4 чархзанӣ.
Қайд кардан муҳим аст, ки майсаи 1 як шакли профили суръатро дар ҳама мавқеъ нигоҳ медорад ва дар баландӣ ба эътидол намеояд, зеро гардиши дар маркази миксер ташкилшуда теғи якуми ҳамаи дастҳоро дар бар мегирад.Инчунин, дар муқоиса бо IDDES, профилҳои суръати майсаи PIV 2 ва 3 дар аксари ҷойҳо қимати суръатро каме баландтар нишон доданд, то он даме, ки онҳо тақрибан дар 10 см аз сатҳи майса баробар буданд.
Вақти интишор: 27 декабри 2022