Mèsi paske w vizite Nature.com.W ap itilize yon vèsyon navigatè ak sipò CSS limite.Pou pi bon eksperyans, nou rekòmande pou w sèvi ak yon navigatè ki ajou (oswa enfim mòd konpatibilite nan Internet Explorer).Anplis de sa, asire sipò kontinyèl, nou montre sit la san estil ak JavaScript.
Kalite 316Ti (UNS 31635) se yon Titàn estabilize austenitic kwòm-nikèl asye pur ki gen molybdène.Anplis de sa a ogmante rezistans korozyon, amelyore rezistans nan solisyon iyon klori pitting epi bay ogmante fòs nan tanperati ki wo.Pwopriyete yo sanble ak sa yo ki nan kalite 316 eksepte ke 316Ti akòz adisyon Titàn li yo ka itilize nan tanperati sansibilizasyon ki wo.Rezistans korozyon amelyore, patikilyèman kont asid silfirik, idroklorik, acetic, fòmik ak tartrik, silfat asid ak klori alkalin.
Konpozisyon chimik:
| 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 |
Pwopriyete: rkwit：
Ultim fòs Tensile: 75 KSI min (515 MPa min)
Fòs Sede: (0.2% Offset) 30 KSI min (205 MPa min)
Elongasyon: 40% min
Dite: Rb 95 max
Koulis ki montre twa atik pou chak glisad.Sèvi ak bouton dèyè yo ak bouton kap vini yo pou w deplase nan glisad yo, oswa bouton kontwolè glisad yo nan fen pou deplase nan chak glisad.
Nan etid sa a, idrodinamik flokulasyon evalye pa ankèt eksperimantal ak nimerik nan jaden vitès koule ajite nan yon flokulatè pedal echèl laboratwa.Koule ajite ki ankouraje agrégation patikil oswa kraze flok se konplèks epi yo konsidere epi konpare nan papye sa a lè l sèvi avèk de modèl turbilans, sètadi SST k-ω ak IDDES.Rezilta yo montre ke IDDES bay yon ti amelyorasyon sou SST k-ω, ki ase pou similye avèk presizyon koule nan yon flokulatè pedal.Yo itilize nòt anfòm pou mennen ankèt sou dirèksyon rezilta PIV ak CFD yo, epi pou konpare rezilta modèl turbilans CFD yo itilize.Etid la tou konsantre sou quantifying faktè a glise k, ki se 0.18 nan vitès ki ba nan 3 ak 4 rpm konpare ak valè a nòmal tipik nan 0.25.Diminye k soti nan 0.25 a 0.18 ogmante pouvwa a delivre nan likid la pa apeprè 27-30% ak ogmante gradyan an vitès (G) pa apeprè 14%.Sa vle di ke yo bay plis ajitasyon pase espere, kidonk mwens enèji konsome ak Se poutèt sa konsomasyon enèji nan inite flokulasyon plant tretman dlo pou bwè a ka pi ba.
Nan pirifikasyon dlo, adisyon nan coagulants destabilize ti patikil koloidal ak enpurte, ki Lè sa a, konbine yo fòme flokulasyon nan etap nan flokulasyon.Flak yo se granul fraktal ki fèk mare nan mas, ki Lè sa a, retire pa rezoud.Pwopriyete patikil ak kondisyon melanje likid detèmine efikasite pwosesis flokulasyon ak tretman an.Flokulasyon mande pou ajitasyon dousman pou yon peryòd tan relativman kout ak anpil enèji pou ajite gwo volim dlo1.
Pandan flokulasyon, idrodinamik tout sistèm nan ak chimi entèraksyon koagulan-patikil detèmine pousantaj nan ki distribisyon gwosè patikil estasyonè reyalize2.Lè patikil yo fè kolizyon, yo kole youn ak lòt3.Oyegbile, Ay4 rapòte ke kolizyon depann sou mekanis transpò flokulasyon nan difizyon Brownian, taye likid ak rezoud diferans.Lè flak yo fè kolizyon, yo grandi epi rive nan yon sèten limit gwosè, ki ka mennen nan rupture, depi flak yo pa ka kenbe tèt ak fòs la nan fòs idrodinamik5.Kèk nan flak kase sa yo rekonbine nan pi piti yo oswa menm gwosè6.Sepandan, flak fò ka reziste fòs sa a epi kenbe gwosè yo e menm grandi7.Yukselen ak Gregory8 rapòte sou etid ki gen rapò ak destriksyon nan flak ak kapasite yo nan rejenere, ki montre ke irevosiblite limite.Bridgeman, Jefferson9 te itilize CFD pou estime enfliyans lokal koule mwayen ak tourbiyon sou fòmasyon flok ak fwagmantasyon atravè gradyan vitès lokal yo.Nan tank ekipe ak lam rotor, li nesesè yo varye vitès la nan ki granula yo fè kolizyon ak lòt patikil lè yo ase destabilize nan faz nan coagulation.Lè l sèvi avèk CFD ak pi ba vitès wotasyon nan anviwon 15 rpm, Vadasarukkai ak Gagnon11 te kapab reyalize valè G pou flokulasyon konik pedal, kidonk minimize konsomasyon pouvwa pou ajitasyon.Sepandan, operasyon nan pi wo valè G ka mennen nan flokulasyon.Yo te envestige efè a nan vitès melanje sou detèmine gradyan vitès mwayèn nan yon flokulatè pedal pilòt.Yo vire nan yon vitès ki gen plis pase 5 rpm.
Korpijärvi, Ahlstedt12 te itilize kat modèl tourbiyon diferan pou etidye jaden koule sou yon ban tès tank.Yo mezire jaden an koule ak yon anemomèt Doppler lazè ak PIV epi konpare rezilta yo kalkile ak rezilta yo mezire.de Oliveira ak Donadel13 te pwopoze yon metòd altènatif pou estime gradyan vitès soti nan pwopriyete idrodinamik lè l sèvi avèk CFD.Metòd pwopoze a te teste sou sis inite flokulasyon ki baze sou jeyometri helicoïdal.evalye efè tan retansyon sou flokulan yo epi pwopoze yon modèl flokulasyon ki ka itilize kòm yon zouti pou sipòte konsepsyon selil rasyonèl ak tan retansyon ki ba14.Zhan, You15 te pwopoze yon modèl CFD konbine ak balans popilasyon pou simulation karakteristik koule ak konpòtman flok nan flokulasyon plen echèl.Llano-Serna, Coral-Portillo16 te envestige karakteristik koule yon idroflokulatè Cox nan yon plant tretman dlo nan Viterbo, Kolonbi.Malgre ke CFD gen avantaj li yo, gen tou limit tankou erè nimerik nan kalkil.Se poutèt sa, nenpòt rezilta nimerik jwenn yo ta dwe ak anpil atansyon egzamine ak analize yo nan lòd yo tire konklizyon kritik17.Gen kèk etid nan literati a sou konsepsyon flokulatè deflteur orizontal, pandan y ap rekòmandasyon pou konsepsyon flokulatè idrodinamik yo limite18.Chen, Liao19 itilize yon konfigirasyon eksperimantal ki baze sou gaye limyè polarize pou mezire eta polarizasyon limyè gaye soti nan patikil endividyèl yo.Feng, Zhang20 te itilize Ansys-Fluent pou simulation distribisyon kouran eddy ak toubiyon nan jaden koule yon flokulateur plak coagulated ak yon floculator entè-corrugated.Apre similye koule likid ajite nan yon flokulatè lè l sèvi avèk Ansys-Fluent, Gavi21 te itilize rezilta yo pou konsepsyon flokulatè a.Vaneli ak Teixeira22 rapòte ke relasyon ki genyen ant dinamik likid flokulatè tib espiral ak pwosesis flokulasyon an toujou mal konprann pou sipòte yon konsepsyon rasyonèl.de Oliveira ak Costa Teixeira23 etidye efikasite ak demontre pwopriyete idrodinamik flokulatè tib espiral la atravè eksperyans fizik ak simulation CFD.Anpil chèchè te etidye reyaktè tib mawonnen oswa flokulatè tib mawonnen.Sepandan, enfòmasyon idwodinamik detaye sou repons réacteurs sa yo nan divès kalite konsepsyon ak kondisyon fonksyònman toujou manke (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Oliveira ak Teixeira26 prezante rezilta orijinal ki soti nan simulation teyorik, eksperimantal ak CFD nan yon flokulatè espiral.Oliveira ak Teixeira27 pwopoze yo sèvi ak yon bobin espiral kòm yon raktor koagulasyon-flokulasyon an konbinezon ak yon sistèm decanter konvansyonèl yo.Yo rapòte ke rezilta yo jwenn pou efikasite retire turbidity yo siyifikativman diferan de sa yo jwenn ak modèl yo souvan itilize pou evalye flokulasyon, sijere prekosyon lè w ap itilize modèl sa yo.Moruzzi ak de Oliveira [28] te modle konpòtman yon sistèm flokulasyon kontinyèl anba divès kondisyon fonksyònman, ki gen ladan varyasyon nan kantite chanm yo itilize ak itilizasyon gradyan vitès selil fiks oswa echèl.Romphophak, Le Men29 PIV mezi vitès enstantane nan netwayaj avyon kazi-de dimansyon.Yo te jwenn gwo sikilasyon jè-pwovoke nan zòn nan flokulasyon ak estime pousantaj taye lokal ak enstantane.
Shah, Joshi30 rapòte ke CFD ofri yon altènatif enteresan pou amelyore desen ak jwenn karakteristik koule vityèl.Sa a ede evite konfigirasyon eksperimantal vaste.CFD ap itilize de pli zan pli pou analize dlo ak izin tretman dlo ize (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).Plizyè envestigatè te fè eksperyans sou ekipman ka teste (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) ak flokulatè disk detache31.Gen lòt ki te itilize CFD pou evalye hydrofloculators (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Ghawi21 rapòte ke flokulatè mekanik mande pou antretyen regilye paske yo souvan kraze epi yo mande anpil elektrisite.
Pèfòmans yon flokulatè pedal depann anpil de idrodinamik rezèvwa a.Mank konpreyansyon quantitative nan jaden vitès koule nan flokulatè sa yo byen klè nan literati a (Howe, Hand38; Hendricks39).Mas dlo a tout antye sijè a mouvman an nan roue flokulatè a, kidonk glisman espere.Tipikman, vitès likid la se mwens pase vitès lam pa faktè glise k, ki defini kòm rapò vitès kò dlo a ak vitès wou pedal.Bhole40 rapòte ke gen twa faktè enkoni yo konsidere lè w ap desine yon flokulatè, sètadi gradyan vitès la, koyefisyan trennen an, ak vitès relatif dlo a parapò ak lam la.
Camp41 rapòte ke lè w ap konsidere machin gwo vitès, vitès la se apeprè 24% nan vitès rotor la ak kòm yon wo 32% pou machin ki ba vitès.Nan absans septa, Droste ak Ger42 te itilize ak valè de 0.25, pandan ke nan ka septa, k te varye ant 0 a 0.15.Howe, Hand38 sijere ke k se nan seri a nan 0.2 a 0.3.Hendrix39 te gen rapò faktè glise a ak vitès wotasyon lè l sèvi avèk yon fòmil anpirik epi li te konkli ke faktè glise a te tou nan seri a te etabli pa Camp41.Bratby43 rapòte ke k se sou 0.2 pou vitès impeller soti nan 1.8 a 5.4 rpm ak ogmante a 0.35 pou vitès impeller soti nan 0.9 a 3 rpm.Lòt chèchè rapòte yon pakèt valè koyefisyan trennen (Cd) soti nan 1.0 a 1.8 ak valè glise k koyefisyan soti nan 0.25 a 0.40 (Feir ak Geyer44; Hyde ak Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; ak Bratby ak Marais48. ).Literati a pa montre pwogrè enpòtan nan defini ak quantifier k depi travay Camp41 la.
Pwosesis flokulasyon an baze sou tourbiyon pou fasilite kolizyon, kote gradyan vitès (G) yo itilize pou mezire tourbiyon/flokulasyon.Melanje se pwosesis pou dispèse byen vit ak respire pwodwi chimik yo nan dlo.Se degre nan melanje mezire pa gradyan nan vitès:
kote G = gradyan vitès (sec-1), P = opinyon pouvwa (W), V = volim dlo (m3), μ = viskozite dinamik (Pa s).
Plis G valè a pi wo, se plis melanje.Bon jan melanje esansyèl pou asire koagulasyon inifòm.Literati a endike ke paramèt konsepsyon ki pi enpòtan yo se melanje tan (t) ak gradyan vitès (G).Pwosesis flokulasyon an baze sou tourbiyon pou fasilite kolizyon, kote gradyan vitès (G) yo itilize pou mezire tourbiyon/flokulasyon.Valè konsepsyon tipik pou G yo se 20 a 70 s-1, t se 15 a 30 minit, ak Gt (sans dimansyon) se 104 a 105. Tank melanj rapid travay pi byen ak valè G nan 700 a 1000, ak tan rete. apeprè 2 minit.
kote P se pouvwa chak lam flokulatè bay likid la, N se vitès wotasyon an, b se longè lam la, ρ se dansite dlo a, r se reyon an, ak k se koyefisyan glisman an.Ekwasyon sa a aplike nan chak lam endividyèlman epi rezilta yo adisyone pou bay opinyon total pouvwa flokulatè a.Yon etid ak anpil atansyon sou ekwasyon sa a montre enpòtans faktè glise k a nan pwosesis konsepsyon yon flokulatè pedal.Literati a pa endike valè egzak k, men pito rekòmande yon seri jan sa te di deja.Sepandan, relasyon ki genyen ant pouvwa P ak koyefisyan glise k a se kib.Kidonk, bay tout paramèt yo menm, pou egzanp, chanje k soti nan 0.25 a 0.3 ap mennen nan yon diminisyon nan pouvwa a transmèt nan likid la pou chak lam pa apeprè 20%, ak diminye k soti nan 0.25 a 0.18 ap ogmante li.pa apeprè 27-30% pou chak van Pouvwa a bay likid la.Alafen, efè k sou konsepsyon dirab flokulatè pedal bezwen envestige atravè quantifikasyon teknik.
Kantifikasyon anpirik egzat nan glisman mande pou vizyalizasyon koule ak simulation.Se poutèt sa, li enpòtan pou dekri vitès tanjansyèl lam la nan dlo nan yon sèten vitès wotasyon nan diferan distans radial soti nan arbr a ak nan diferan pwofondè nan sifas dlo a nan lòd yo evalye efè a nan pozisyon lam diferan.
Nan etid sa a, idrodinamik flokulasyon evalye pa ankèt eksperimantal ak nimerik nan jaden vitès koule ajite nan yon flokulatè pedal echèl laboratwa.Mezi PIV yo anrejistre sou flokulatè a, sa ki kreye kontou vitès mwayèn nan tan ki montre vitès patikil dlo alantou fèy yo.Anplis de sa, yo te itilize ANSYS-Fluent CFD pou simulation koule nan toubiyon andedan flokulatè a epi kreye kontou vitès mwayèn nan tan an.Modèl CFD ki kapab lakòz la te konfime pa evalye korespondans ki genyen ant rezilta PIV ak CFD yo.Konsantre nan travay sa a se sou quantifying koyefisyan glise k a, ki se yon paramèt konsepsyon san dimansyon nan yon flokulatè pedal.Travay ki prezante isit la bay yon nouvo baz pou quantifier koyefisyan glise k nan vitès ki ba 3 rpm ak 4 rpm.Enplikasyon rezilta yo dirèkteman kontribye nan yon pi bon konpreyansyon sou idrodinamik tank flokulasyon an.
Flokulatè laboratwa a konsiste de yon bwat rektangilè ki louvri anlè ak yon wotè jeneral 147 cm, yon wotè 39 cm, yon lajè jeneral 118 cm, ak yon longè total 138 cm (Fig. 1).Yo te itilize kritè konsepsyon prensipal yo devlope pa Camp49 pou desine yon flokulatè pagay echèl laboratwa epi aplike prensip analiz dimansyon yo.Etablisman eksperimantal la te bati nan Laboratwa Jeni Anviwònman nan Inivèsite Libanè Ameriken an (Byblos, Liban).
Aks orizontal la sitiye nan yon wotè 60 cm nan pati anba a ak akomode de wou pedal.Chak wou konsiste de 4 pedal ak 3 pedal sou chak pedal pou yon total de 12 pedal.Flokulasyon mande pou ajitasyon dou nan yon vitès ki ba nan 2 a 6 rpm.Vitès melanje ki pi komen nan flokulatè yo se 3 rpm ak 4 rpm.Koule flokulatè echèl laboratwa a fèt pou reprezante koule nan lòj tank flokulasyon yon plant tretman dlo pou bwè.Pouvwa yo kalkile lè l sèvi avèk ekwasyon tradisyonèl 42 la.Pou tou de vitès wotasyon, gradyan vitès \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) pi gran pase 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) , nimewo Reynolds la endike koule ajite (Tablo 1).
PIV yo itilize pou reyalize mezi egzat ak quantitative nan vektè vitès likid an menm tan nan yon gwo kantite pwen50.Konfigirasyon eksperimantal la te gen ladann yon flokulatè pagay echèl laboratwa, yon sistèm LaVision PIV (2017), ak yon deklanche Capteur lazè ekstèn Arduino.Pou kreye pwofil vitès mwayèn nan tan, yo te anrejistre imaj PIV sekans nan menm kote a.Sistèm PIV la kalibre konsa ke zòn sib la se nan mitan longè chak twa lam yon bra pedal patikilye.Deklanche ekstèn lan konsiste de yon lazè ki sitiye sou yon bò nan lajè flokulatè a ak yon reseptè Capteur sou lòt bò a.Chak fwa bra flokulatè a bloke chemen lazè a, yo voye yon siyal nan sistèm PIV la pou pran yon imaj ak lazè PIV la ak kamera senkronize ak yon inite distribisyon pwogramasyon.Sou fig.2 montre enstalasyon sistèm PIV la ak pwosesis akizisyon imaj la.
Anrejistreman PIV la te kòmanse apre flokulatè a te opere pou 5-10 minit pou nòmalize koule a epi pran an kont menm jaden endèks refraktif la.Kalibrasyon reyalize lè w sèvi ak yon plak kalibrasyon benyen nan flokulatè a epi li mete nan pwen mitan longè lam ki enterese a.Ajiste pozisyon lazè PIV la pou fòme yon fèy limyè plat dirèkteman anwo plak kalibrasyon an.Ekri valè yo mezire pou chak vitès wotasyon chak lam, ak vitès wotasyon yo chwazi pou eksperyans la se 3 rpm ak 4 rpm.
Pou tout anrejistreman PIV yo, yo te fikse entèval tan ant de pulsasyon lazè nan yon seri ant 6900 ak 7700 µs, sa ki pèmèt yon deplasman patikil minimòm de 5 piksèl.Tès pilòt yo te fèt sou kantite imaj ki nesesè pou jwenn mezi egzat nan tan an mwayèn.Estatistik vektè yo te konpare pou echantiyon ki gen 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240, ak 280 imaj.Yo te jwenn yon gwosè echantiyon 240 imaj ki bay rezilta ki estab nan mwayèn lè yo bay chak imaj konsiste de de ankadreman.
Depi koule nan flokulatè a ajite, yon ti fenèt entèwogasyon ak yon gwo kantite patikil yo oblije rezoud ti estrikti ajite.Plizyè iterasyon nan rediksyon gwosè yo aplike ansanm ak yon algorithm kwa-korelasyon asire presizyon.Yon premye gwosè fenèt biwo vòt 48 × 48 piksèl ak 50% sipèpoze ak yon pwosesis adaptasyon te swiv pa yon gwosè fennèt biwo vòt final 32 × 32 piksèl ak 100% sipèpoze ak de pwosesis adaptasyon.Anplis de sa, yo te itilize esfè kre vè kòm patikil grenn nan koule a, ki pèmèt omwen 10 patikil pou chak fenèt biwo vòt.Anrejistreman PIV la inisye pa yon sous deklanche ki nan yon Inite Programmable Timing (PTU), ki responsab pou opere ak senkronize sous lazè a ak kamera a.
Pake CFD komèsyal ANSYS Fluent v 19.1 te itilize pou devlope modèl 3D ak rezoud ekwasyon koule debaz yo.
Lè l sèvi avèk ANSYS-Fluent, yo te kreye yon modèl 3D nan yon flokulatè pagay-echèl laboratwa.Se modèl la te fè nan fòm lan nan yon bwat rektangilè, ki fòme ak de wou pedal monte sou yon aks orizontal, tankou modèl la laboratwa.Modèl la san freeboard se 108 cm segondè, 118 cm lajè ak 138 cm nan longè.Yon plan orizontal silendrik te ajoute alantou mixer la.Jenerasyon avyon silendrik ta dwe aplike wotasyon tout mixer la pandan faz enstalasyon an epi similye jaden wotasyon koule andedan flokulatè a, jan yo montre nan Figi 3a.
3D ANSYS-fluent ak dyagram jeyometri modèl, ANSYS-fluent may floculator kò sou avyon an nan enterè, ANSYS-fluent dyagram sou plan an nan enterè.
Jeyometri modèl la konsiste de de rejyon, chak nan yo se yon likid.Sa a se reyalize lè l sèvi avèk fonksyon an soustraksyon lojik.Premye soustraksyon silenn lan (ki gen ladan mixer) nan bwat la pou reprezante likid la.Lè sa a, soustraksyon mixer a soti nan silenn lan, sa ki lakòz de objè: mixer a ak likid la.Finalman, yo te aplike yon koòdone glisman ant de zòn yo: yon koòdone silenn-silenn ak yon koòdone silenn-mixer (figi 3a).
Meshing la nan modèl yo konstwi yo te konplete pou satisfè kondisyon yo nan modèl yo turbilans ki pral itilize pou kouri simulation nimerik yo.Yo te itilize yon may san estrikti ak kouch elaji tou pre sifas solid la.Kreye kouch ekspansyon pou tout mi yo ak yon to kwasans 1.2 pou asire ke modèl koule konplèks yo kaptire, ak yon epesè premye kouch \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m pou asire ke \ ({\text {y))^{+}\le 1.0\).Se gwosè kò a ajiste lè l sèvi avèk metòd la tetraèd Fitting.Yo kreye yon gwosè bò devan de koòdone ak yon gwosè eleman 2.5 × \({10}^{-3}\) m, ak yon gwosè devan mixer 9 × \({10}^{-3}\ ) m aplike.Inisyal pwodwi may la te konpoze de 2144409 eleman (figi 3b).
Yo te chwazi yon modèl turbilans k-ε de paramèt kòm modèl baz inisyal la.Pou byen similye koule nan toubiyon andedan flokulatè a, yo te chwazi yon modèl ki pi chè enfòmatik.Koule ajite toubiyon anndan flokulatè a te envestige nimerikman lè l sèvi avèk de modèl CFD: SST k–ω51 ak IDDES52.Rezilta tou de modèl yo te konpare ak rezilta eksperimantal PIV pou valide modèl yo.Premyèman, modèl turbilans SST k-ω a se yon modèl viskozite ajite de-ekwasyon pou aplikasyon dinamik likid.Sa a se yon modèl ibrid ki konbine modèl Wilcox k-ω ak k-ε.Fonksyon an melanje aktive modèl Wilcox tou pre miray la ak modèl k-ε nan koule kap vini an.Sa a asire ke modèl ki kòrèk la itilize nan tout jaden an koule.Li byen predi separasyon koule akòz gradyan presyon negatif.Dezyèmman, yo te chwazi metòd Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES), lajman ki itilize nan modèl Individual Eddy Simulation (DES) ak modèl SST k-ω RANS (Reynolds-Average Navier-Stokes).IDDES se yon modèl ibrid RANS-LES (gwo simulation eddy) ki bay yon modèl simulation rezolisyon rezolisyon (SRS) ki pi fleksib ak zanmitay.Li baze sou modèl LES pou rezoud gwo rèd epi retounen nan SST k-ω pou simulation ti rèd.Analiz estatistik rezilta yo nan SST k-ω ak simulation IDDES yo te konpare ak rezilta PIV yo pou valide modèl la.
Yo te chwazi yon modèl turbilans k-ε de paramèt kòm modèl baz inisyal la.Pou byen similye koule nan toubiyon andedan flokulatè a, yo te chwazi yon modèl ki pi chè enfòmatik.Koule ajite toubiyon anndan flokulatè a te envestige nimerikman lè l sèvi avèk de modèl CFD: SST k–ω51 ak IDDES52.Rezilta tou de modèl yo te konpare ak rezilta eksperimantal PIV pou valide modèl yo.Premyèman, modèl turbilans SST k-ω a se yon modèl viskozite ajite de-ekwasyon pou aplikasyon dinamik likid.Sa a se yon modèl ibrid ki konbine modèl Wilcox k-ω ak k-ε.Fonksyon an melanje aktive modèl Wilcox tou pre miray la ak modèl k-ε nan koule kap vini an.Sa a asire ke modèl ki kòrèk la itilize nan tout jaden an koule.Li byen predi separasyon koule akòz gradyan presyon negatif.Dezyèmman, yo te chwazi metòd Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES), lajman ki itilize nan modèl Individual Eddy Simulation (DES) ak modèl SST k-ω RANS (Reynolds-Average Navier-Stokes).IDDES se yon modèl ibrid RANS-LES (gwo simulation eddy) ki bay yon modèl simulation rezolisyon rezolisyon (SRS) ki pi fleksib ak zanmitay.Li baze sou modèl LES pou rezoud gwo rèd epi retounen nan SST k-ω pou simulation ti rèd.Analiz estatistik rezilta yo nan SST k-ω ak simulation IDDES yo te konpare ak rezilta PIV yo pou valide modèl la.
Sèvi ak yon solisyon pasajè ki baze sou presyon epi sèvi ak gravite nan direksyon Y.Wotasyon reyalize lè w bay yon mouvman may nan mixer a, kote orijin nan aks wotasyon an se nan sant aks orizontal la ak direksyon aks wotasyon an se nan direksyon Z.Yo kreye yon koòdone may pou tou de koòdone jeyometri modèl, sa ki lakòz de bor bwat limit.Kòm nan teknik eksperimantal la, vitès wotasyon an koresponn ak 3 ak 4 revolisyon.
Kondisyon fwontyè yo pou mi yo nan mixer a ak flokulatè a te mete pa miray la, ak ouvèti a tèt nan flokulatè a te etabli pa priz la ak presyon kalib zewo (figi 3c).SIMPLE konplo kominikasyon presyon-vitès, diskretizasyon espas gradyan nan fonksyon dezyèm lòd ak tout paramèt ki baze sou eleman pi piti kare.Kritè dirèksyon pou tout varyab koule se rès echèl 1 x \({10}^{-3}\).Kantite maksimòm iterasyon pou chak etap tan se 20, ak gwosè etap tan an koresponn ak yon wotasyon 0.5°.Solisyon an konvèje nan 8yèm iterasyon an pou modèl SST k–ω ak nan 12yèm iterasyon an lè l sèvi avèk IDDES.Anplis de sa, kantite etap tan yo te kalkile pou mixer a te fè omwen 12 revolisyon.Aplike done echantiyon pou estatistik tan apre 3 wotasyon, ki pèmèt nòmalizasyon koule a, menm jan ak pwosedi eksperimantal la.Konpare pwodiksyon an nan bouk vitès yo pou chak revolisyon bay egzakteman menm rezilta yo pou kat dènye revolisyon yo, ki endike ke yo te rive nan yon eta fiks.Revs siplemantè yo pa t amelyore kontou vitès mwayen yo.
Etap tan an defini an relasyon ak vitès wotasyon an, 3 rpm oswa 4 rpm.Etap tan an rafine nan tan ki nesesè yo Thorne mixer a pa 0.5 °.Sa a sanble ase, paske solisyon an konvèje fasil, jan sa dekri nan seksyon anvan an.Kidonk, tout kalkil nimerik pou tou de modèl turbilans yo te fèt lè l sèvi avèk yon etap tan modifye 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) pou 3 rpm, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-} {3}\) 4 rpm.Pou yon etap tan rafineman bay, nimewo Courant yon selil toujou mwens pase 1.0.
Pou eksplore depandans modèl-may, rezilta yo te premye jwenn lè l sèvi avèk may orijinal 2.14M ak Lè sa a, may rafine 2.88M.Rafineman kadriyaj reyalize lè w redwi gwosè selil kò mixer la soti 9 × \({10}^{-3}\) m rive 7 × \({10}^{-3}\) m.Pou may orijinal ak rafine nan de modèl ajitasyon yo, yo te konpare valè mwayèn nan modil vitès yo nan diferan kote alantou lam la.Diferans pousantaj ant rezilta yo se 1.73% pou modèl SST k–ω ak 3.51% pou modèl IDDES.IDDES montre yon diferans pousantaj pi wo paske li se yon modèl ibrid RANS-LES.Diferans sa yo te konsidere kòm ensiyifyan, se konsa simulation a te fèt lè l sèvi avèk may orijinal la ak 2.14 milyon eleman ak yon etap tan wotasyon nan 0.5 °.
Yo te egzamine repwodiksyon rezilta eksperimantal yo lè yo fè chak nan sis eksperyans yo yon dezyèm fwa epi konpare rezilta yo.Konpare valè vitès yo nan sant lam la nan de seri eksperyans.Diferans pousantaj mwayèn ant de gwoup eksperimantal yo te 3.1%.Sistèm PIV la te rekalibre tou poukont pou chak eksperyans.Konpare vitès analyse kalkile nan sant chak lam ak vitès PIV nan menm kote a.Konparezon sa a montre diferans ak yon pousantaj maksimòm erè de 6.5% pou lam 1.
Anvan quantifier faktè glise a, li nesesè syantifikman konprann konsèp nan glise nan yon flokulatè pedal, ki mande pou etidye estrikti nan koule alantou pedal yo nan flokulatè a.Konseptyèlman, se koyefisyan glise a bati nan desen an nan flokulatè pedal yo pran an kont vitès la nan lam yo relatif nan dlo a.Literati a rekòmande ke vitès sa a dwe 75% nan vitès lam la, kidonk pifò desen anjeneral itilize ak 0.25 pou kont pou ajisteman sa a.Sa a mande pou itilize vitès vitès ki sòti nan eksperyans PIV pou byen konprann jaden vitès koule a epi etidye glise sa a.Lam 1 se lam ki pi anndan an ki pi pre arbr a, lam 3 se lam ki pi eksteryè a, ak lam 2 se lam mitan an.
Rasyonalizasyon vitès yo sou lam 1 montre yon koule dirèk wotasyon alantou lam la.Modèl koule sa yo soti nan yon pwen sou bò dwat lam la, ant rotor la ak lam la.Lè w gade nan zòn ki endike nan bwat pwentiye wouj la nan Figi 4a, li enteresan pou idantifye yon lòt aspè nan sikilasyon an pi wo a ak alantou lam la.Vizyalizasyon koule montre ti koule nan zòn nan resikilasyon.Koule sa a apwoche sou bò dwat lam la nan yon wotè apeprè 6 cm soti nan fen lam la, petèt akòz enfliyans premye lam nan men ki vin anvan lam la, ki vizib nan imaj la.Vizyalizasyon koule nan 4 rpm montre menm konpòtman an ak estrikti, aparamman ak pi gwo vitès.
Jaden vitès ak graf aktyèl twa lam nan de vitès wotasyon 3 rpm ak 4 rpm.Vitès maksimòm mwayèn twa lam yo nan 3 rpm se 0.15 m/s, 0.20 m/s ak 0.16 m/s respektivman, ak vitès maksimòm mwayèn nan 4 rpm se 0.15 m/s, 0.22 m/s ak 0.22 m/s. s, respektivman.sou twa dra.
Yo te jwenn yon lòt fòm koule helical ant van 1 ak 2. Jaden vektè a montre klèman ke koule dlo a ap deplase anlè depi anba vane 2, jan sa endike nan direksyon vektè a.Jan sa montre nan bwat pwentiye nan Fig. 4b, vektè sa yo pa ale vètikal anlè soti nan sifas lam la, men vire adwat la epi piti piti desann.Sou sifas lam 1 a, yo distenge vektè anba, ki apwoche tou de lam yo epi ki antoure yo soti nan koule resikilasyon ki fòme ant yo.Menm estrikti koule a te detèmine nan tou de vitès wotasyon ak yon anplitid vitès ki pi wo nan 4 rpm.
Jaden vitès nan lam 3 pa fè yon kontribisyon enpòtan nan vektè vitès lam anvan an rantre nan koule ki anba lam 3. Koule prensipal la anba lam 3 se akòz vektè vitès vètikal la k ap monte ak dlo a.
Vektè vitès yo sou sifas lam 3 a ka divize an twa gwoup, jan yo montre nan Fig. 4c.Premye seri a se mete sou kwen dwat lam la.Estrikti koule nan pozisyon sa a dwat sou bò dwat la ak moute (sa vle di nan direksyon lam 2).Dezyèm gwoup la se mitan lam la.Se vektè vitès la pou pozisyon sa a dirije dwat anlè, san okenn devyasyon ak san wotasyon.Diminisyon nan valè vitès la te detèmine ak yon ogmantasyon nan wotè ki anwo nan fen lam la.Pou twazyèm gwoup la, ki chita sou periferik gòch nan lam yo, koule a imedyatman dirije sou bò gòch la, sa vle di nan miray la nan flokulatè a.Pifò nan koule ki reprezante pa vektè vitès la monte, epi yon pati nan koule a desann orizontal.
Yo te itilize de modèl tibilans, SST k–ω ak IDDES, pou konstwi pwofil vitès mwayèn nan tan pou 3 rpm ak 4 rpm nan plan longè mwayen lam la.Jan yo montre nan Figi 5, eta fiks reyalize lè yo reyalize resanblans absoli ant kontou vitès yo kreye pa kat wotasyon siksesif.Anplis de sa, kontou vitès mwayèn tan ki te pwodwi pa IDDES yo montre nan Fig. 6a, pandan y ap montre pwofil vitès mwayèn tan ki te pwodwi pa SST k - ω nan Fig. 6a.6b.
Sèvi ak IDDES ak bouk vitès mwayèn tan ki te pwodwi pa SST k–ω, IDDES gen yon pwopòsyon ki pi wo nan bouk vitès.
Ak anpil atansyon egzamine pwofil vitès ki te kreye ak IDDES nan 3 rpm jan yo montre nan Figi 7. Mixer a wotasyon nan direksyon goch epi koule a diskite dapre nòt yo montre yo.
Sou fig.7 li ka wè ke sou sifas lam 3 nan kadran mwen an gen yon separasyon nan koule a, depi koule a pa contrainte akòz prezans nan twou anwo a.Nan kadran II pa gen okenn separasyon nan koule a obsève, depi koule a konplètman limite pa mi yo nan flokulatè a.Nan kadran III, dlo a wotasyon ak yon vitès ki pi ba oswa pi ba pase nan kadran anvan yo.Dlo nan kadran I ak II deplase (sa vle di vire oswa pouse soti) anba pa aksyon mixer la.Ak nan kadran III, dlo a pouse soti pa lam yo nan ajitatè a.Li evidan ke mas dlo a nan kote sa a reziste manch flokulatè a apwoche.Koule toubiyon nan kadran sa a konplètman separe.Pou kadran IV, pi fò nan koule lè ki anlè vane 3 dirije nan direksyon miray flokulatè a epi piti piti pèdi gwosè li kòm wotè a ogmante nan ouvèti anwo a.
Anplis de sa, kote santral la gen ladann modèl koule konplèks ki domine kadran III ak IV, jan yo montre nan elips pwentiye ble yo.Zòn ki make sa a pa gen anyen fè ak koule nan toubiyon nan flokulatè pedal la, kòm mouvman an toubiyon ka idantifye.Sa a se kontrèman ak kadran I ak II kote gen yon separasyon klè ant koule entèn ak koule wotasyon konplè.
Jan yo montre nan fig.6, konpare rezilta yo nan IDDES ak SST k-ω, diferans prensipal la ant kontou vitès yo se grandè vitès la imedyatman anba lam 3. Modèl SST k-ω la montre klèman ke pwolonje gwo vitès koule se pote pa lam 3. konpare ak IDDES.
Yon lòt diferans ka jwenn nan kadran III.Soti nan IDDES yo, jan yo mansyone pi bonè, yo te note separasyon koule wotasyon ant bra flokulatè yo.Sepandan, pozisyon sa a fòtman afekte pa koule nan vitès ki ba soti nan kwen yo ak enteryè a nan premye lam la.Soti nan SST k–ω pou menm kote a, liy kontou yo montre vitès relativman pi wo konpare ak IDDES paske pa gen okenn koule konfluyan soti nan lòt rejyon yo.
Yon konpreyansyon kalitatif sou jaden vektè vitès ak rasyonalizasyon yo mande pou yon konpreyansyon kòrèk sou konpòtman an ak estrikti koule.Etandone ke chak lam se 5 cm lajè, sèt pwen vitès yo te chwazi atravè lajè a bay yon pwofil vitès reprezantan.Anplis de sa, yon konpreyansyon quantitative nan grandè vitès kòm yon fonksyon nan wotè pi wo a sifas lam obligatwa pa trase pwofil la vitès dirèkteman sou chak sifas lam ak sou yon distans kontinyèl nan 2.5 cm vètikal jiska yon wotè 10 cm.Gade S1, S2 ak S3 nan figi a pou plis enfòmasyon.Apendis A. Figi 8 montre resanblans distribisyon vitès sifas chak lam (Y = 0.0) yo jwenn lè l sèvi avèk eksperyans PIV ak analiz ANSYS-Fluent lè l sèvi avèk IDDES ak SST k-ω.Tou de modèl nimerik fè li posib avèk presizyon simulation estrikti koule sou sifas lam flokulatè yo.
Distribisyon vitès PIV, IDDES ak SST k–ω sou sifas lam la.Aks x la reprezante lajè chak fèy an milimèt, ak orijin (0 mm) ki reprezante periferi gòch fèy la ak fen (50 mm) ki reprezante periferi dwat fèy la.
Li klèman wè distribisyon vitès lam 2 ak 3 yo montre nan Fig.8 ak Fig.8.S2 ak S3 nan Anèks A montre tandans ki sanble ak wotè, pandan y ap lam 1 chanje poukont li.Des vitès nan lam 2 ak 3 vin parfe dwat epi yo gen menm anplitid nan yon wotè 10 cm soti nan fen lam la.Sa vle di ke koule a vin inifòm nan pwen sa a.Sa a se klèman wè nan rezilta PIV yo, ki byen repwodui pa IDDES.Pandan se tan, rezilta SST k–ω yo montre kèk diferans, espesyalman nan 4 rpm.
Li enpòtan pou sonje ke lam 1 kenbe menm fòm pwofil vitès la nan tout pozisyon epi li pa nòmalize nan wotè, depi toubiyon ki te fòme nan sant mixer a gen premye lam nan tout bra.Epitou, konpare ak IDDES, pwofil vitès lam PIV 2 ak 3 te montre yon ti kras pi wo valè vitès nan pifò kote jiskaske yo te prèske egal nan 10 cm anwo sifas lam la.
Tan poste: Feb-26-2023