Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com.Tha thu a’ cleachdadh dreach brobhsair le taic CSS cuibhrichte.Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair ùraichte (no cuir à comas Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer).A bharrachd air an sin, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, bidh sinn a 'sealltainn an làrach gun stoidhlichean agus JavaScript.
A’ taisbeanadh carousel de thrì sleamhnagan aig an aon àm.Cleachd na putanan Roimhe agus Air adhart gus gluasad tro thrì sleamhnagan aig an aon àm, no cleachd na putanan sleamhnag aig an deireadh gus gluasad tro thrì sleamhnagan aig an aon àm.
Anns an sgrùdadh seo, tha hydrodynamics flocculation air a mheasadh le sgrùdadh deuchainneach agus àireamhach air an raon luaths sruthadh buaireasach ann an flocculator pleadhaig sgèile obair-lann.Tha an sruth buaireasach a bhrosnaicheas cruinneachadh ghràinean no briseadh floc iom-fhillte agus thathar ga mheas agus ga choimeas anns a’ phàipear seo a’ cleachdadh dà mhodail buairidh, is iad sin SST k-ω agus IDDES.Tha na co-dhùnaidhean a’ sealltainn gu bheil IDDES a’ toirt seachad leasachadh glè bheag thairis air SST k-ω, a tha gu leòr airson atharrais ceart a dhèanamh air sruthadh taobh a-staigh flocculator pleadhaig.Tha an sgòr iomchaidh air a chleachdadh gus sgrùdadh a dhèanamh air co-fhilleadh toraidhean PIV agus CFD, agus gus coimeas a dhèanamh eadar toraidhean a’ mhodail buaireadh CFD a chaidh a chleachdadh.Tha an sgrùdadh cuideachd a 'cuimseachadh air a bhith a' tomhas a 'bhàillidh slip k, a tha 0.18 aig astaran ìosal de 3 agus 4 rpm an coimeas ris an luach àbhaisteach àbhaisteach de 0.25.Le bhith a’ lùghdachadh k bho 0.25 gu 0.18 a’ meudachadh a’ chumhachd a thèid a lìbhrigeadh don lionn le timcheall air 27-30% agus ag àrdachadh an caisead luaths (G) le timcheall air 14%.Tha seo a’ ciallachadh gun tèid measgachadh nas dian a choileanadh na bha dùil, agus mar sin thathas a’ caitheamh nas lugha de lùth, agus mar sin faodaidh an caitheamh lùtha ann an aonad flocasachaidh an ionad làimhseachaidh uisge òil a bhith nas ìsle.
Ann a bhith a’ glanadh uisge, bidh cuir a-steach coagulants a’ dì-sheasmhachd mìrean beaga colloidal agus neo-chunbhalachd, a bhios an uairsin a’ tighinn còmhla gus flocasachadh a chruthachadh aig ìre flocasachaidh.Tha flakes air an ceangal gu dlùth le cruinneachaidhean fractal de tomad, a thèid an toirt air falbh le bhith a’ socrachadh.Bidh feartan gràin agus suidheachaidhean measgachadh leaghan a’ dearbhadh èifeachdas a’ phròiseas flocasachaidh agus làimhseachaidh.Tha flocculation ag iarraidh buaireadh slaodach airson ùine gu math goirid agus tòrr lùth gus tòrr uisge a shàrachadh1.
Rè flocculation, bidh hydrodynamics an t-siostam gu lèir agus ceimigeachd eadar-obrachadh coagulant-particle a’ dearbhadh an ìre aig a bheil cuairteachadh meud mìrean pàipearachd air a choileanadh2.Nuair a bhuaileas mìrean, bidh iad a’ cumail ri chèile3.Oyegbile, dh’ innis Ay4 gu bheil tubaistean an urra ri dòighean còmhdhail flocculation sgaoileadh Brownian, rùsgadh lionntan agus rèiteachadh eadar-dhealaichte.Nuair a bhuaileas na flakes, bidh iad a’ fàs agus a’ ruighinn crìoch meud sònraichte, a dh’ fhaodadh briseadh adhbhrachadh, leis nach urrainn dha na flakes seasamh ri neart feachdan uisgeachaidh5.Bidh cuid de na flakes briste sin gan ath-chur còmhla ann an feadhainn nas lugha no den aon mheud6.Ach, faodaidh flakes làidir seasamh an aghaidh an fheachd seo agus am meud a chumail agus eadhon fàs7.Thug Yukselen agus Gregory8 cunntas air sgrùdaidhean co-cheangailte ri sgrios flakes agus an comas ath-nuadhachadh, a ’sealltainn gu bheil irreversibility cuibhrichte.Bridgeman, chleachd Jefferson9 CFD gus tuairmse a dhèanamh air a’ bhuaidh ionadail a th’ aig sruth agus buaireadh cuibheasach air cruthachadh floc agus briseadh tro caiseadan luaths ionadail.Ann an tancaichean uidheamaichte le lannan rotor, feumar atharrachadh a dhèanamh air an astar aig am bi na cruinneachaidhean a’ bualadh le gràineanan eile nuair a tha iad neo-sheasmhach gu leòr anns an ìre coagulation.Le bhith a’ cleachdadh CFD agus astaran cuairteachaidh nas ìsle timcheall air 15 rpm, bha e comasach dha Vadasarukkai agus Gagnon11 luachan G a choileanadh airson flocasachadh le lannan bideanach, agus mar sin a’ lughdachadh caitheamh cumhachd airson buaireadh.Ach, faodaidh gnìomhachd aig luachan G nas àirde leantainn gu flocasachadh.Rinn iad sgrùdadh air a’ bhuaidh a bhiodh aig astar measgachadh air a bhith a’ dearbhadh caisead astar cuibheasach flocculator pleadhaig.Bidh iad a 'tionndadh aig astar nas motha na 5 rpm.
Chleachd Korpijärvi, Ahlstedt12 ceithir diofar mhodalan buairidh gus sgrùdadh a dhèanamh air an raon sruthadh air being deuchainn tanca.Thomhais iad an raon sruthadh le anemometer laser Doppler agus PIV agus rinn iad coimeas eadar na toraidhean àireamhaichte leis na toraidhean tomhais.de Oliveira agus Donadel13 air dòigh eile a mholadh airson tuairmse a dhèanamh air caiseadan astar bho thogalaichean hydrodynamic a’ cleachdadh CFD.Chaidh an dòigh a chaidh a mholadh a dhearbhadh air sia aonadan flocculation stèidhichte air geoimeatraidh helical.rinn iad measadh air a’ bhuaidh a bhiodh aig ùine gleidhidh air flocculants agus mhol iad modal flocasachaidh a ghabhas cleachdadh mar inneal gus taic a thoirt do dhealbhadh cealla reusanta le amannan glèidhidh ìosal14.Mhol Zhan, You15 modal CFD agus cothromachadh sluaigh còmhla gus atharrais a dhèanamh air feartan sruthadh agus giùlan floc ann an flocasachadh làn-sgèile.Rinn Llano-Serna, Coral-Portillo16 sgrùdadh air feartan sruthadh hydroflocculator seòrsa Cox ann an ionad làimhseachaidh uisge ann an Viterbo, Coloimbia.Ged a tha na buannachdan aig CFD, tha cuingealachaidhean ann cuideachd leithid mearachdan àireamhach ann an àireamhachadh.Mar sin, bu chòir toraidhean àireamhach sam bith a gheibhear a sgrùdadh agus a sgrùdadh gu faiceallach gus co-dhùnaidhean breithneachail a tharraing17.Chan eil mòran sgrùdaidhean anns an litreachas air dealbhadh flocculators baffle còmhnard, agus tha molaidhean airson dealbhadh flocculators hydrodynamic cuingealaichte18.Chen, chleachd Liao19 suidheachadh deuchainneach stèidhichte air sgapadh solas polarichte gus staid polarachadh solais sgapte bho ghràineanan fa leth a thomhas.Chleachd Feng, Zhang20 Ansys-Fluent gus atharrais a dhèanamh air cuairteachadh sruthan eddy agus swirl ann an raon sruthadh flocculator truinnsear coagulated agus flocculator eadar-preasach.Às deidh dha a bhith ag atharrais air sruthadh uisge buaireasach ann an flocculator a’ cleachdadh Ansys-Fluent, chleachd Gavi21 na toraidhean gus an flocculator a dhealbhadh.Dh'aithris Vaneli agus Teixeira22 gu bheil an dàimh eadar daineamaigs siùbhlach flocculators tiùb shnìomhanach agus am pròiseas flocasachaidh fhathast air a dhroch thuigsinn gus taic a thoirt do dhealbhadh reusanta.de Oliveira agus Costa Teixeira23 sgrùdadh air èifeachdas agus sheall iad feartan hydrodynamic an flocculator tiùb shnìomhanach tro dheuchainnean fiosaig agus samhlaidhean CFD.Tha mòran de luchd-rannsachaidh air sgrùdadh a dhèanamh air reactaran tiùb coiled no flocculators tiùb coiled.Ach, tha dìth fiosrachaidh hydrodynamic mionaideach mu fhreagairt nan reactaran sin do dhiofar dhealbhaidhean agus chumhachan obrachaidh fhathast a dhìth (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Bidh Oliveira agus Teixeira26 a’ taisbeanadh toraidhean tùsail bho shamhlaidhean teòiridheach, deuchainneach agus CFD de flocculator shnìomhanach.Mhol Oliveira agus Teixeira27 coil shnìomhanach a chleachdadh mar reactair coagulation-flocasulation an co-bhonn ri siostam decanter àbhaisteach.Tha iad ag aithris gu bheil na toraidhean a gheibhear airson èifeachdas toirt air falbh turbidity gu math eadar-dhealaichte bhon fheadhainn a gheibhear le modalan cumanta airson measadh flocasachadh, a’ moladh rabhadh nuair a thathar a’ cleachdadh mhodailean mar sin.Mhìnich Moruzzi agus de Oliveira [28] giùlan siostam de sheòmraichean flocasachaidh leantainneach fo dhiofar shuidheachaidhean obrachaidh, a 'gabhail a-steach atharrachaidhean anns an àireamh de sheòmraichean a thathar a' cleachdadh agus cleachdadh caiseadan luaths cealla stèidhichte no sgèile.Romphophak, Le Men29 Tomhais PIV de luaths sa bhad ann an innealan-glanaidh jet leth-dà-mheudach.Lorg iad cuairteachadh làidir air a bhrosnachadh le jet anns an raon flocasachaidh agus ìrean rùsgaidh tuairmseach ionadail agus sa bhad.
Tha Shah, Joshi30 ag aithris gu bheil CFD a’ tabhann roghainn inntinneach eile airson dealbhadh a leasachadh agus feartan sruthadh brìgheil fhaighinn.Bidh seo a’ cuideachadh le bhith a’ seachnadh rèiteachaidhean deuchainneach farsaing.Thathas a’ cleachdadh CFD barrachd is barrachd gus ionadan làimhseachaidh uisge is uisge caithte a sgrùdadh (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).Tha grunn luchd-sgrùdaidh air deuchainnean a dhèanamh air uidheamachd deuchainn canastair (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) agus flocculators diosc brònach31.Tha cuid eile air CFD a chleachdadh gus hydroflocculators a mheasadh (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Thuirt Ghawi21 gu bheil feum aig flocculators meacanaigeach air cumail suas gu cunbhalach leis gu bheil iad gu tric a’ briseadh sìos agus feumach air tòrr dealain.
Tha coileanadh flocculator pleadhaig gu mòr an urra ri hydrodynamics an loch tasgaidh.Tha an dìth tuigse cainneachdail air na raointean astar sruthadh ann an leithid de flocculators air a chomharrachadh gu soilleir anns an litreachas (Howe, Hand38; Hendricks39).Tha an tomad uisge gu lèir fo ùmhlachd gluasad an impeller flocculator, agus mar sin tha dùil ri sleamhnachadh.Mar as trice, tha an astar siùbhlach nas lugha na luaths an lann leis a’ bhàillidh slip k, a tha air a mhìneachadh mar cho-mheas astar a’ chuirp uisge ri luaths a’ chuibhle pleadhaig.Dh’ innis Bhole40 gu bheil trì nithean neo-aithnichte air am bu chòir beachdachadh nuair a thathar a’ dealbhadh flocculator, is e sin an caisead luaths, an co-èifeachd tarraing, agus astar coimeasach an uisge an coimeas ris an lann.
Tha Camp41 ag aithris, nuair a thathar a’ beachdachadh air innealan àrd-astar, gu bheil an astar timcheall air 24% de astar an rotor agus cho àrd ri 32% airson innealan aig astar ìosal.Às aonais septa, chleachd Droste agus Ger42 luach ak de 0.25, agus ann an cùis septa, bha k eadar 0 agus 0.15.Tha Howe, Hand38 a’ moladh gu bheil k anns an raon 0.2 gu 0.3.Cheangail Hendrix39 am bàillidh slip ri astar cuairteachaidh a’ cleachdadh foirmle empirigeach agus cho-dhùin e gu robh am bàillidh slip cuideachd taobh a-staigh an raon a stèidhich Camp41.Thuirt Bratby43 gu bheil k timcheall air 0.2 airson astaran impeller bho 1.8 gu 5.4 rpm agus àrdachadh gu 0.35 airson astaran impeller bho 0.9 gu 3 rpm.Bidh luchd-rannsachaidh eile ag aithris raon farsaing de luachan co-èifeachd tarraing (Cd) bho 1.0 gu 1.8 agus luachan co-èifeachd sleamhnachadh k bho 0.25 gu 0.40 (Feir agus Geyer44; Hyde agus Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; agus Bratby agus Marais48 ).Chan eil an litreachas a’ nochdadh adhartas mòr ann a bhith a’ mìneachadh agus a’ tomhas k bho obair Camp41.
Tha am pròiseas flocasachaidh stèidhichte air buaireadh gus tubaistean a dhèanamh comasach, far a bheil an caisead luaths (G) air a chleachdadh gus buaireadh / slugadh a thomhas.Is e measgachadh am pròiseas airson ceimigean a sgaoileadh gu sgiobalta agus gu cothromach ann an uisge.Tha an ìre de mheasgachadh air a thomhas a rèir an astar luaths:
far a bheil G = caisead velocity (sec-1), P = cuir a-steach cumhachd (W), V = tomhas-lìonaidh uisge (m3), μ = slaodachd fiùghantach (Pa s).
Mar as àirde an luach G, is ann as measgaichte.Tha measgachadh mionaideach riatanach gus dèanamh cinnteach à coagulation èideadh.Tha an litreachas a’ nochdadh gur e na crìochan dealbhaidh as cudromaiche measgachadh ùine (t) agus caisead luaths (G).Tha am pròiseas flocasachaidh stèidhichte air buaireadh gus tubaistean a dhèanamh comasach, far a bheil an caisead luaths (G) air a chleachdadh gus buaireadh / slugadh a thomhas.Is e luachan dealbhaidh àbhaisteach airson G 20 gu 70 s–1, tha t 15 gu 30 mionaidean, agus Gt (gun tomhas) eadar 104 agus 105. Bidh tancaichean measgachadh luath ag obair as fheàrr le luachan G de 700 gu 1000, le ùine fuireach mu 2 mhionaid.
far a bheil P an cumhachd air a thoirt don leaghan le gach lann flocculator, is e N an astar cuairteachaidh, is e b fad an lann, is e ρ dùmhlachd an uisge, is e r an radius, agus is e k an co-èifeachd sliochd.Tha an co-aontar seo air a chuir an sàs anns gach lann leotha fhèin agus tha na toraidhean air an geàrr-chunntas gus cuir a-steach cumhachd iomlan an flocculator a thoirt seachad.Tha sgrùdadh faiceallach air a’ cho-aontar seo a’ sealltainn cho cudromach sa tha am bàillidh slip k ann am pròiseas dealbhaidh flocculator pleadhaig.Chan eil an litreachas ag innse an dearbh luach a th’ aig k, ach an àite sin tha e a’ moladh raon mar a chaidh a ràdh roimhe.Ach, tha an dàimh eadar an cumhachd P agus an co-èifeachd slip k ciùbach.Mar sin, cho fad 's gu bheil a h-uile paramadair mar an ceudna, mar eisimpleir, bidh atharrachadh k bho 0.25 gu 0.3 a' leantainn gu lùghdachadh ann an cumhachd a tha air a ghluasad chun an t-siùbhlach gach lann le mu 20%, agus le bhith a 'lùghdachadh k bho 0.25 gu 0.18 àrdaichidh i.le timcheall air 27-30% gach vane Thug an cumhachd don lionn.Aig a’ cheann thall, feumar sgrùdadh a dhèanamh air a’ bhuaidh a bhios aig k air dealbhadh flocculator pleadhaig seasmhach tro thomhas teignigeach.
Feumaidh tomhas empirigeach ceart de shleamhnachadh sealladh sruthadh agus atharrais.Mar sin, tha e cudromach cunntas a thoirt air astar tangential an lann ann an uisge aig astar cuairteachaidh sònraichte aig diofar astaran radial bhon chrann agus aig doimhneachd eadar-dhealaichte bho uachdar an uisge gus measadh a dhèanamh air buaidh diofar shuidheachaidhean lann.
Anns an sgrùdadh seo, tha hydrodynamics flocculation air a mheasadh le sgrùdadh deuchainneach agus àireamhach air an raon luaths sruthadh buaireasach ann an flocculator pleadhaig sgèile obair-lann.Tha na tomhasan PIV air an clàradh air an flocculator, a’ cruthachadh cumaidhean astar cuibheasach ùine a’ sealltainn astar mìrean uisge timcheall nan duilleagan.A bharrachd air an sin, chaidh ANSYS-Fluent CFD a chleachdadh gus atharrais a dhèanamh air an t-sruth swirling taobh a-staigh an flocculator agus cruthaich cumaidhean astar cuibheasach ùine.Chaidh am modal CFD a thàinig às a dhearbhadh le bhith a’ measadh a’ chonaltraidh eadar toraidhean PIV agus CFD.Tha fòcas na h-obrach seo air a bhith a’ tomhas a’ cho-èifeachd slip k, a tha na pharamadair dealbhaidh gun tomhas de flocculator pleadhaig.Tha an obair a tha air a thaisbeanadh an seo a’ toirt bunait ùr airson a bhith a’ tomhas a’ cho-èifeachd slip k aig astaran ìosal de 3 rpm agus 4 rpm.Tha buaidh nan toraidhean gu dìreach a’ cur ri tuigse nas fheàrr air hydrodynamics an tanca flocasachaidh.
Tha an flocculator obair-lann air a dhèanamh suas de bhogsa ceart-cheàrnach le mullach fosgailte le àirde iomlan de 147 cm, àirde 39 cm, leud iomlan 118 cm, agus fad iomlan 138 cm (Fig. 1).Chaidh na prìomh shlatan-tomhais dealbhaidh a chaidh a leasachadh le Camp49 a chleachdadh gus flocculator pleadhaig sgèile obair-lann a dhealbhadh agus prionnsapalan mion-sgrùdadh meudachd a chuir an sàs.Chaidh an goireas deuchainneach a thogail aig Saotharlann Innleadaireachd Àrainneachd Oilthigh Ameireagaidh Lebanon (Byblos, Lebanon).
Tha an axis chòmhnard suidhichte aig àirde 60 cm bhon bhonn agus gabhaidh e dà chuibhle pleadhaig.Anns gach cuibhle pleadhaig tha 4 pleadhagan le 3 pleadhagan air gach pleadhag airson 12 pleadhag gu h-iomlan.Feumaidh flocculation strì socair aig astar ìosal de 2 gu 6 rpm.Is e na h-astaran measgachaidh as cumanta ann an flocculators 3 rpm agus 4 rpm.Tha an sruth flocculator sgèile obair-lann air a dhealbhadh gus an sruth a riochdachadh ann an roinn tanca flocculation ionad làimhseachaidh uisge òil.Tha cumhachd air a thomhas a’ cleachdadh an co-aontar traidiseanta 42 .Airson an dà astar cuairteachaidh, tha an caisead astair \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) nas àirde na 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) , tha an àireamh Reynolds a’ comharrachadh sruth buaireasach (Clàr 1).
Tha PIV air a chleachdadh gus tomhas ceart agus cainneachdail a choileanadh de vectaran astar siùbhlach aig an aon àm aig àireamh mhòr de phuingean50.Bha an suidheachadh deuchainneach a’ toirt a-steach flocculator pleadhaig aig ìre obair-lann, siostam LaVision PIV (2017), agus inneal mothachaidh laser taobh a-muigh Arduino.Gus pròifilean astar cuibheasach ùine a chruthachadh, chaidh ìomhaighean PIV a chlàradh ann an òrdugh san aon àite.Tha an siostam PIV air a calibratadh gus am bi an raon targaid aig meadhan fad gach aon de na trì lannan de ghàirdean pleadhaig sònraichte.Tha an inneal-brosnachaidh taobh a-muigh air a dhèanamh suas de leusair a tha suidhichte air aon taobh de leud an flocculator agus inneal-glacaidh mothachaidh air an taobh eile.Gach uair a bhios gàirdean flocculator a’ bacadh an t-slighe laser, thèid comharra a chuir chun t-siostam PIV gus ìomhaigh a ghlacadh leis an leusair PIV agus camara air a shioncronachadh le aonad tìm prògramaichte.Air fige.Tha 2 a’ sealltainn stàladh an t-siostam PIV agus am pròiseas togail dhealbhan.
Chaidh clàradh PIV a thòiseachadh às deidh don flocculator a bhith air obrachadh airson 5-10 min gus an sruth a dhèanamh àbhaisteach agus aire a thoirt don aon raon clàr-amais ath-tharraingeach.Tha calibration air a choileanadh le bhith a’ cleachdadh truinnsear calibration air a bhogadh san flocculator agus air a chuir aig meadhan puing fad an lann inntinneach.Atharraich suidheachadh an leusair PIV gus duilleag solais còmhnard a chruthachadh dìreach os cionn a ’phlàta calibration.Clàraich na luachan tomhaiste airson gach astar cuairteachaidh de gach lann, agus is e na h-astaran cuairteachaidh a chaidh a thaghadh airson an deuchainn 3 rpm agus 4 rpm.
Airson a h-uile clàr PIV, chaidh an ùine eadar dà chuisle leusair a shuidheachadh anns an raon bho 6900 gu 7700 µs, a leigeadh le gluasad mìrean as ìsle de 5 piogsail.Chaidh deuchainnean pìleat a dhèanamh air an àireamh de dh’ ìomhaighean a dh’ fheumar gus tomhas ceart a dhèanamh air a’ chuibheasachd ùine.Chaidh staitistig vector a choimeas airson sampallan anns an robh 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240, agus 280 ìomhaigh.Chaidh sampall meud de dhealbhan 240 a lorg gus toraidhean cuibheasach ùine seasmhach a thoirt seachad leis gu bheil dà fhrèam anns gach ìomhaigh.
Leis gu bheil an sruth anns an flocculator buaireasach, tha feum air uinneag ceasnachaidh bheag agus àireamh mhòr de ghràineanan gus structaran beaga buaireasach fhuasgladh.Thathas a’ cur an sàs grunn thursan de lughdachadh meud còmhla ri algairim tar-cheangail gus dèanamh cinnteach à cruinneas.Chaidh meud uinneag bhòtaidh tùsail de 48 × 48 piogsail le tar-lùbadh 50% agus aon phròiseas atharrachaidh a leantainn le meud uinneag bhòtaidh deireannach de 32 × 32 piogsail le tar-tharraing 100% agus dà phròiseas atharrachaidh.A bharrachd air an sin, chaidh raointean falamh glainne a chleachdadh mar ghràinean sìl san t-sruth, a leig le co-dhiù 10 gràineanan gach uinneag bhòtaidh.Tha clàradh PIV air a bhrosnachadh le stòr brosnachaidh ann an Aonad Ùine Prògramaichte (PTU), a tha an urra ri bhith ag obrachadh agus a’ sioncronadh an stòr laser agus an camara.
Chaidh am pasgan CFD malairteach ANSYS Fluent v 19.1 a chleachdadh gus am modal 3D a leasachadh agus na co-aontaran sruthadh bunaiteach fhuasgladh.
A’ cleachdadh ANSYS-Fluent, chaidh modal 3D de flocculator pleadhaig aig ìre obair-lann a chruthachadh.Tha am modail air a dhèanamh ann an cruth bogsa ceart-cheàrnach, anns a bheil dà chuibhle pleadhaig air an cur suas air axis chòmhnard, mar a’ mhodail obair-lann.Tha am modail gun bhòrd an-asgaidh 108 cm a dh'àirde, 118 cm a leud agus 138 cm a dh'fhaid.Chaidh plèana siolandair còmhnard a chuir timcheall air a’ mheasgaiche.Bu chòir gineadh plèana siolandair cuairteachadh a’ mheasgachaidh gu lèir a chuir an gnìomh aig àm an stàlaidh agus atharrais a dhèanamh air an raon sruthadh rothlach taobh a-staigh an flocculator, mar a chithear ann am Fig. 3a.
Diagram geoimeatraidh 3D ANSYS - fileanta agus modail, mogal bodhaig flocculator ANSYS-fluent air an itealan inntinneach, diagram fileanta ANSYS air an itealan inntinneach.
Tha dà roinn anns a’ mhodail geoimeatraidh, gach fear dhiubh na lionn.Tha seo air a choileanadh le bhith a’ cleachdadh gnìomh toirt air falbh loidsigeach.An toiseach thoir air falbh an siolandair (a’ toirt a-steach measgaiche) bhon bhogsa gus an leaghan a riochdachadh.An uairsin thoir air falbh am measgaiche bhon t-siolandair, a ’leantainn gu dà rud: am measgaiche agus an leaghan.Mu dheireadh, chaidh eadar-aghaidh sleamhnachaidh a chuir an sàs eadar an dà raon: eadar-aghaidh siolandair-siolandair agus eadar-aghaidh measgachadh siolandair (Fig. 3a).
Chaidh mogal nam modalan togte a chrìochnachadh gus coinneachadh ri riatanasan nam modalan buaireadh a thèid a chleachdadh gus na samhlaidhean àireamhach a ruith.Chaidh mogal neo-structaraichte le sreathan leudaichte faisg air an uachdar cruaidh a chleachdadh.Cruthaich sreathan leudachaidh airson a h-uile balla le ìre fàis de 1.2 gus dèanamh cinnteach gu bheil pàtrain sruthadh iom-fhillte air an glacadh, le tiugh den chiad ìre de \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m gus dèanamh cinnteach gu bheil \ ( {\text {y))^{+}\le 1.0\).Tha meud bodhaig air atharrachadh a’ cleachdadh an dòigh uidheamachadh tetrahedron.Tha meud taobh aghaidh de dhà eadar-aghaidh le meud eileamaid de 2.5 × \({10}^{-3} \) m air a chruthachadh, agus meud aghaidh measgachaidh de 9 × \({10}^{-3}\ ) m air a chur an sàs.Anns a' chiad mhogal a chaidh a chruthachadh bha 2144409 eileamaidean (Fig. 3b).
Chaidh modal buaireadh k-ε dà-pharamadair a thaghadh mar a’ chiad mhodail bhunaiteach.Gus atharrais ceart a dhèanamh air an t-sruth swirling taobh a-staigh an flocculator, chaidh modal nas daoire a thomhas.Chaidh sgrùdadh àireamhach a dhèanamh air an t-sruthadh buaireasach taobh a-staigh an flocculator a’ cleachdadh dà mhodail CFD: SST k – ω51 agus IDDES52.Chaidh toraidhean an dà mhodail a choimeas ri toraidhean deuchainneach PIV gus na modailean a dhearbhadh.An toiseach, tha am modal buaireadh SST k-ω na mhodail slaodachd buaireasach dà-cho-aontar airson tagraidhean daineamaigs siùbhlach.Is e modal tar-chinealach a tha seo a tha a’ cothlamadh modalan Wilcox k-ω agus k-ε.Bidh an gnìomh measgachadh a’ gnìomhachadh modal Wilcox faisg air a’ bhalla agus am modail k-ε anns an t-sruth a tha ri thighinn.Bidh seo a 'dèanamh cinnteach gu bheil am modail ceart air a chleachdadh air feadh an raon sruth.Bidh e a’ ro-innse gu ceart dealachadh sruthadh mar thoradh air caisead cuideam dona.San dàrna h-àite, chaidh an dòigh Adhartach Eddy Simulation (IDDES), a chaidh a chleachdadh gu farsaing anns a’ mhodal Eddy Simulation Aonair (DES) leis a ’mhodal SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes), a thaghadh.Tha IDDES na mhodail tar-chinealach RANS-LES (samhlachadh mòr eddy) a bheir seachad modal samhlachaidh sgèileadh rùn (SRS) nas sùbailte agus nas fhasa a chleachdadh.Tha e stèidhichte air modal LES gus eddies mòra fhuasgladh agus a dhol air ais gu SST k-ω gus atharrais air eddies beaga.Chaidh mion-sgrùdaidhean staitistigeil de na toraidhean bho shamhlaidhean SST k-ω agus IDDES a choimeas ri toraidhean PIV gus am modail a dhearbhadh.
Chaidh modal buaireadh k-ε dà-pharamadair a thaghadh mar a’ chiad mhodail bhunaiteach.Gus atharrais ceart a dhèanamh air an t-sruth swirling taobh a-staigh an flocculator, chaidh modal nas daoire a thomhas.Chaidh sgrùdadh àireamhach a dhèanamh air an t-sruthadh buaireasach taobh a-staigh an flocculator a’ cleachdadh dà mhodail CFD: SST k – ω51 agus IDDES52.Chaidh toraidhean an dà mhodail a choimeas ri toraidhean deuchainneach PIV gus na modailean a dhearbhadh.An toiseach, tha am modal buaireadh SST k-ω na mhodail slaodachd buaireasach dà-cho-aontar airson tagraidhean daineamaigs siùbhlach.Is e modal tar-chinealach a tha seo a tha a’ cothlamadh modalan Wilcox k-ω agus k-ε.Bidh an gnìomh measgachadh a’ gnìomhachadh modal Wilcox faisg air a’ bhalla agus am modail k-ε anns an t-sruth a tha ri thighinn.Bidh seo a 'dèanamh cinnteach gu bheil am modail ceart air a chleachdadh air feadh an raon sruth.Bidh e a’ ro-innse gu ceart dealachadh sruthadh mar thoradh air caisead cuideam dona.San dàrna h-àite, chaidh an dòigh Adhartach Eddy Simulation (IDDES), a chaidh a chleachdadh gu farsaing anns a’ mhodal Eddy Simulation Aonair (DES) leis a ’mhodal SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes), a thaghadh.Tha IDDES na mhodail tar-chinealach RANS-LES (samhlachadh mòr eddy) a bheir seachad modal samhlachaidh sgèileadh rùn (SRS) nas sùbailte agus nas fhasa a chleachdadh.Tha e stèidhichte air modal LES gus eddies mòra fhuasgladh agus a dhol air ais gu SST k-ω gus atharrais air eddies beaga.Chaidh mion-sgrùdaidhean staitistigeil de na toraidhean bho shamhlaidhean SST k-ω agus IDDES a choimeas ri toraidhean PIV gus am modail a dhearbhadh.
Cleachd fuasgladh gluasadach stèidhichte air cuideam agus cleachd grabhataidh anns an stiùireadh Y.Tha cuairteachadh air a choileanadh le bhith a’ sònrachadh gluasad mogal don mheasgaiche, far a bheil tùs an axis cuairteachaidh aig meadhan an axis chòmhnard agus tha stiùireadh an axis cuairteachaidh ann an stiùireadh Z.Tha eadar-aghaidh mogal air a chruthachadh airson an dà chuid eadar-aghaidh geoimeatraidh mhodail, a’ leantainn gu dà oir bogsa crìche.Mar a tha anns an dòigh deuchainneach, tha an astar cuairteachaidh a rèir ar-a-mach 3 agus 4.
Chaidh na suidheachaidhean crìche airson ballachan a 'mheasgachaidh agus an flocculator a shuidheachadh leis a' bhalla, agus chaidh fosgladh àrd an flocculator a shuidheachadh leis an t-slighe a-mach le cuideam tomhas neoni (Fig. 3c).Sgeama conaltraidh luaths-cuideam SIMPLE, a’ toirt fa-near farsaingeachd caisead gnìomhan dàrna òrdugh leis a h-uile paramadair stèidhichte air na h-eileamaidean ceàrnagach as lugha.Is e an slat-tomhais co-chruinneachaidh airson a h-uile caochladair srutha an 1 x \({10}^{-3}\) fuigheall sgèile.Is e 20 an àireamh as motha de thursan gach ceum ùine, agus tha meud ceum ùine a rèir cuairteachadh 0.5 °.Bidh am fuasgladh a’ tighinn còmhla aig an 8mh tionndadh airson a’ mhodail SST k–ω agus aig an tionndadh 12th a’ cleachdadh IDDES.A bharrachd air an sin, chaidh an àireamh de cheumannan ùine a thomhas gus am biodh am measgaiche air co-dhiù 12 tionndadh.Cuir a-steach samplachadh dàta airson staitistig ùine às deidh 3 cuairteachadh, a leigeas le sruth àbhaisteach a dhèanamh, coltach ris a’ mhodh deuchainneach.Le bhith a’ dèanamh coimeas eadar toradh nan lùban astair airson gach ar-a-mach a’ toirt na h-aon toraidhean airson na ceithir ar-a-mach mu dheireadh, a’ nochdadh gun deach staid sheasmhach a ruighinn.Cha do leasaich na h-ath-sgrùdaidhean a bharrachd na cumaidhean astar meadhanach.
Tha an ceum ùine air a mhìneachadh a thaobh an astar cuairteachaidh, 3 rpm no 4 rpm.Tha an ceum ùine air ùrachadh chun na h-ùine a dh’ fheumar gus am measgaiche a thionndadh le 0.5 °.Tha e coltach gu bheil seo gu leòr, leis gu bheil am fuasgladh a ’tighinn còmhla gu furasta, mar a chaidh a mhìneachadh san earrann roimhe.Mar sin, chaidh a h-uile àireamhachadh àireamhach airson an dà mhodail buairidh a dhèanamh a’ cleachdadh ceum ùine atharraichte de 0.02 \(\ stackrel{\mathrm{-}}{7}\) airson 3 rpm, 0.0208 \(\ stackrel{ \mathrm{-} {3}\) 4 rpm.Airson ceum ùine ath-nuadhachaidh sònraichte, tha àireamh Courant cealla an-còmhnaidh nas lugha na 1.0.
Gus sgrùdadh a dhèanamh air eisimeileachd modail-mogal, chaidh toraidhean fhaighinn an toiseach a’ cleachdadh a’ mhogal 2.14M tùsail agus an uairsin am mogal 2.88M ath-leasaichte.Tha ùrachadh clèithe air a choileanadh le bhith a’ lughdachadh meud cealla a’ chuirp mheasgachaidh bho 9 × \({10}^{-3}\) m gu 7 × \({10}^{-3}\) m.Airson mogalan tùsail agus ath-leasaichte an dà mhodail, chaidh coimeas a dhèanamh eadar luachan cuibheasach nam modalan velocity ann an diofar àiteachan timcheall an lann.Is e an eadar-dhealachadh sa cheud eadar na toraidhean 1.73% airson modal SST k–ω agus 3.51% airson modal IDDES.Tha IDDES a’ sealltainn eadar-dhealachadh sa cheud nas àirde leis gur e modal hybrid RANS-LES a th’ ann.Bhathas den bheachd nach robh na h-eadar-dhealachaidhean sin cudromach, agus mar sin chaidh an atharrais a dhèanamh a’ cleachdadh a’ mhogal tùsail le 2.14 millean eileamaid agus ceum ùine cuairteachaidh de 0.5 °.
Chaidh ath-riochdachadh nan toraidhean deuchainneach a sgrùdadh le bhith a’ coileanadh gach aon de na sia deuchainnean an dàrna turas agus a’ dèanamh coimeas eadar na toraidhean.Dèan coimeas eadar na luachan astair aig meadhan an lann ann an dà shreath de dheuchainnean.B' e an eadar-dhealachadh cuibheasach sa cheud eadar an dà bhuidheann deuchainneach 3.1%.Chaidh an siostam PIV ath-chothromachadh gu neo-eisimeileach airson gach deuchainn.Dèan coimeas eadar an astar air a thomhas gu anailiseach aig meadhan gach lann leis an astar PIV aig an aon àite.Tha an coimeas seo a’ sealltainn an eadar-dhealachaidh le mearachd ceudad as àirde de 6.5% airson lann 1.
Mus tèid am bàillidh slip a thomhas, feumar tuigse saidheansail a thoirt air bun-bheachd slip ann an flocculator pleadhaig, a dh’ fheumas sgrùdadh a dhèanamh air structar sruthadh timcheall pleadhagan an flocculator.Gu bun-bheachdail, tha an co-èifeachd slip air a thogail a-steach do dhealbhadh flocculators pleadhaig gus aire a thoirt do astar nan lannan an coimeas ris an uisge.Tha an litreachas a’ moladh gum bi an astar seo 75% de astar an lann, agus mar sin bidh a’ mhòr-chuid de dhealbhaidhean mar as trice a’ cleachdadh ak de 0.25 airson cunntas a thoirt air an atharrachadh seo.Feumaidh seo cleachdadh sruthan astar a thig bho dheuchainnean PIV gus làn thuigse fhaighinn air an raon astar sruthadh agus sgrùdadh a dhèanamh air an t-sleamhnag seo.Is e Blade 1 an lann as fhaide a-staigh as fhaisge air a’ chas, is e lann 3 an lann as fhaide a-muigh, agus is e lann 2 an lann meadhanach.
Tha na sruthan luaths air lann 1 a’ sealltainn sruth rothlach dìreach timcheall an lann.Tha na pàtrain sruthadh sin a’ tighinn bho àite air taobh deas an lann, eadar an rotor agus an lann.A 'coimhead air an raon a tha air a chomharrachadh leis a' bhogsa dotagach dearg ann am Figear 4a, tha e inntinneach a bhith a 'comharrachadh taobh eile den t-sruth ath-chuairteachaidh gu h-àrd agus timcheall air an lann.Tha fradharc sruthadh a’ sealltainn glè bheag de shruth a-steach don raon ath-chuairteachaidh.Bidh an sruth seo a 'tighinn bho thaobh deas an lann aig àirde mu 6 cm bho cheann an lann,' s dòcha air sgàth buaidh a 'chiad lann den làmh air thoiseach air an lann, a tha ri fhaicinn san ìomhaigh.Tha fradharc sruthadh aig 4 rpm a’ sealltainn an aon ghiùlan agus structar, a rèir coltais le astaran nas àirde.
Raon astar agus grafaichean gnàthach de thrì lannan aig dà astar cuairteachaidh de 3 rpm agus 4 rpm.Is e an astar cuibheasach as àirde de na trì lannan aig 3 rpm 0.15 m / s, 0.20 m / s agus 0.16 m / s fa leth, agus is e an astar cuibheasach as àirde aig 4 rpm 0.15 m / s, 0.22 m / s agus 0.22 m / s s, fa leth.air trì duilleagan.
Chaidh seòrsa eile de shruth helical a lorg eadar vanes 1 agus 2. Tha an raon vectar a’ sealltainn gu soilleir gu bheil sruthadh an uisge a’ gluasad suas bho bhonn vane 2, mar a tha air a chomharrachadh le stiùireadh an vectar.Mar a chithear sa bhogsa dotagach ann am Fig. 4b, chan eil na vectaran sin a' dol suas gu dìreach bho uachdar an lann, ach tionndaidhidh iad chun làimh dheis agus thig iad sìos mean air mhean.Air uachdar an lann 1, tha vectaran sìos air an comharrachadh, a bhios a ’tighinn faisg air an dà lann agus gan cuairteachadh bhon t-sruth ath-chuairteachaidh a chaidh a chruthachadh eatorra.Chaidh an aon structar sruthadh a dhearbhadh aig an dà astar cuairteachaidh le leud astar nas àirde de 4 rpm.
Chan eil raon astar lann 3 a’ cur gu mòr ri vectar luaths an lann a bh’ ann roimhe a’ tighinn còmhla ris an t-sruth fo lann 3. Tha am prìomh shruth fo lann 3 mar thoradh air an vectar luaths dìreach ag èirigh leis an uisge.
Faodar na vectaran astar thairis air uachdar an lann 3 a roinn ann an trì buidhnean, mar a chithear ann am Fig. 4c.Is e a 'chiad sheata an tè air oir cheart an lann.Tha an structar sruth anns an t-suidheachadh seo dìreach chun an làimh dheis agus suas (ie a dh'ionnsaigh lann 2).Is e an dàrna buidheann meadhan an lann.Tha an vectar velocity airson an t-suidheachaidh seo air a stiùireadh dìreach suas, gun chlaonadh sam bith agus gun cuairteachadh.Chaidh an lùghdachadh ann an luach an luaths a dhearbhadh le àrdachadh san àirde os cionn deireadh an lann.Airson an treas buidheann, a tha suidhichte air iomall clì nan lannan, tha an sruth air a stiùireadh sa bhad chun taobh chlì, ie gu balla an flocculator.Bidh a’ mhòr-chuid den t-sruth a tha air a riochdachadh leis an vectar velocity a’ dol suas, agus bidh pàirt den t-sruth a’ dol sìos gu còmhnard.
Chaidh dà mhodail buaireadh, SST k – ω agus IDDES, a chleachdadh gus pròifilean astar cuibheasach ùine a thogail airson 3 rpm agus 4 rpm anns an lann fad plèana cuibheasach.Mar a chithear ann am Figear 5, tha staid sheasmhach air a choileanadh le bhith a’ coileanadh làn choltas eadar na cumaidhean astar a chaidh a chruthachadh le ceithir cuairteachadh leantainneach.A thuilleadh air an sin, tha na cumaidhean astar cuibheasach ùine a chruthaich IDDES air an sealltainn ann am Fig. 6a, agus tha na pròifilean luaths cuibheasach ùine a chruthaich SST k – ω air an sealltainn ann am Fig. 6a.6b.
A’ cleachdadh IDDES agus lùban astar cuibheasach ùine air an gineadh le SST k–ω, tha cuibhreann nas àirde de lùban luaths aig IDDES.
Dèan sgrùdadh gu faiceallach air a’ phròifil astair a chaidh a chruthachadh le IDDES aig 3 rpm mar a chithear ann am Figear 7. Bidh am measgaiche a’ cuairteachadh deiseal agus tha an sruth air a dheasbad a rèir nan notaichean a tha air an sealltainn.
Air fige.7 chithear gu bheil sgaradh an t-sruth air uachdar an lann 3 anns a’ cheathramh I, leis nach eil an sruth air a chuingealachadh air sgàth gu bheil an toll àrd ann.Ann an quadrant II chan eilear a’ cumail sùil air an t-sruth, leis gu bheil an sruth air a chuingealachadh gu tur le ballachan an flocculator.Ann an quadrant III, bidh an t-uisge a’ tionndadh aig astar mòran nas ìsle no nas ìsle na anns na ceithir-cheàrnach roimhe.Tha an t-uisge ann an quadrantan I agus II air a ghluasad (ie air a thionndadh no air a phutadh a-mach) sìos le gnìomhachd a 'mheasgachaidh.Agus ann an ceathramh III, tha an t-uisge air a phutadh a-mach le lannan an agitator.Tha e follaiseach gu bheil an t-uabhas uisge san àite seo a 'seasamh an aghaidh an t-seam flocculator a tha a' tighinn faisg.Tha an sruth rothlach sa cheathramh seo air a sgaradh gu tur.Airson quadrant IV, tha a 'mhòr-chuid den t-sruth-adhair os cionn vane 3 air a stiùireadh a dh'ionnsaigh balla an flocculator agus mean air mhean a' call a mheud mar a tha an àirde a 'dol suas chun an fhosglaidh as àirde.
A bharrachd air an sin, tha am prìomh àite a’ toirt a-steach pàtrain sruthadh iom-fhillte a tha a’ faighinn smachd air quadrantan III agus IV, mar a chithear leis na h-ellipses dotagach gorm.Chan eil gnothach aig an raon comharraichte seo ris an t-sruth sèididh anns an flocculator pleadhaig, oir faodar an gluasad swirling aithneachadh.Tha seo an taca ri ceithir-cheàrnach I agus II far a bheil dealachadh soilleir eadar sruth a-staigh agus làn shruth cuairteachaidh.
Mar a chithear ann am fige.6, a’ dèanamh coimeas eadar toraidhean IDDES agus SST k-ω, is e am prìomh eadar-dhealachadh eadar na cumaidhean velocity meud an luaths dìreach fon lann 3. Tha am modail SST k-ω a’ sealltainn gu soilleir gu bheil sruth àrd-astar leudaichte air a ghiùlan le lann 3 an coimeas ri IDDES.
Gheibhear eadar-dhealachadh eile ann an quadrant III.Bho na IDDES, mar a chaidh ainmeachadh na bu tràithe, thugadh fa-near sgaradh sruth cuairteachaidh eadar na gàirdeanan flocculator.Ach, tha an t-suidheachadh seo air a dhroch bhuaidh leis an t-sruth luaths ìosal bho na h-oiseanan agus taobh a-staigh a 'chiad lann.Bho SST k–ω airson an aon àite, tha na loidhnichean contour a’ nochdadh astaran gu math nas àirde an taca ri IDDES leis nach eil sruthadh confluent ann bho roinnean eile.
Tha feum air tuigse càileachdail air na raointean vectar astar agus sruth-loidhnichean airson tuigse cheart air giùlan agus structar sruth.Leis gu bheil gach lann 5 cm a leud, chaidh seachd puingean luaths a thaghadh thairis air an leud gus ìomhaigh luaths riochdachail a thoirt seachad.A bharrachd air an sin, feumar tuigse cainneachdail air meud an luaths mar ghnìomh àirde os cionn uachdar an lann le bhith a’ dealbhadh ìomhaigh an luaths gu dìreach thairis air gach uachdar lann agus thairis air astar leantainneach de 2.5 cm gu dìreach suas gu àirde 10 cm.Faic S1, AS2 agus AS3 san fhigear airson barrachd fiosrachaidh.Pàipear-taice A. Tha Figear 8 a 'sealltainn mar a tha cuairteachadh luaths uachdar gach lann (Y = 0.0) a gheibhear le bhith a' cleachdadh deuchainnean PIV agus mion-sgrùdadh ANSYS-Fluent a 'cleachdadh IDDES agus SST k-ω.Tha an dà mhodail àireamhach ga dhèanamh comasach atharrais ceart a dhèanamh air an structar sruthadh air uachdar lannan an flocculator.
Sgaoilidhean astar PIV, IDDES agus SST k–ω air uachdar an lann.Tha an x-axis a’ riochdachadh leud gach duilleig ann am millimeters, leis an tùs (0 mm) a’ riochdachadh iomall clì na duilleige agus an deireadh (50 mm) a’ riochdachadh iomall deas na duilleige.
Tha e follaiseach gu bheil sgaoilidhean astair nan lannan 2 agus 3 air an sealltainn ann am Fig.8 agus Fig.8.Tha S2 agus S3 ann am Pàipear-taice A a' sealltainn ghluasadan co-chosmhail le àirde, agus lann 1 ag atharrachadh gu neo-eisimeileach.Bidh pròifilean astar nan lannan 2 agus 3 a’ fàs gu tur dìreach agus tha an aon leud aca aig àirde 10 cm bho cheann an lann.Tha seo a 'ciallachadh gum bi an sruth a' fàs co-ionnan aig an àm seo.Tha seo ri fhaicinn gu soilleir bho thoraidhean PIV, a tha air an ath-riochdachadh gu math le IDDES.Aig an aon àm, tha toraidhean SST k–ω a’ nochdadh eadar-dhealachaidhean, gu sònraichte aig 4 rpm.
Tha e cudromach a bhith mothachail gu bheil lann 1 a 'gleidheadh an aon chumadh de phròifil luaths anns a h-uile suidheachadh agus nach eil e àbhaisteach ann an àirde, oir tha a' chiad lann de na gàirdeanan gu lèir anns a 'chòmhdach a chaidh a chruthachadh ann am meadhan a' mheasgachaidh.Cuideachd, an coimeas ri IDDES, sheall pròifilean astar lann PIV 2 agus 3 luachan astar beagan nas àirde aig a’ mhòr-chuid de dh’àiteachan gus an robh iad cha mhòr co-ionann aig 10 cm os cionn uachdar an lann.
Ùine puist: Dùbhlachd-27-2022