O ṣeun fun lilo si Nature.com.O nlo ẹya ẹrọ aṣawakiri kan pẹlu atilẹyin CSS lopin.Fun iriri ti o dara julọ, a ṣeduro pe ki o lo ẹrọ aṣawakiri imudojuiwọn kan (tabi mu Ipo Ibamu ṣiṣẹ ni Internet Explorer).Ni afikun, lati rii daju atilẹyin ti nlọ lọwọ, a fihan aaye naa laisi awọn aza ati JavaScript.
Ṣe afihan carousel ti awọn kikọja mẹta ni ẹẹkan.Lo awọn Bọtini Iṣaaju ati Next lati gbe nipasẹ awọn ifaworanhan mẹta ni akoko kan, tabi lo awọn bọtini ifaworanhan ni ipari lati gbe nipasẹ awọn ifaworanhan mẹta ni akoko kan.
Ninu iwadi yii, hydrodynamics ti flocculation jẹ iṣiro nipasẹ esiperimenta ati iwadii nọmba ti aaye iyara sisan rudurudu ni iwọn paddle flocculator yàrá kan.Awọn sisan rudurudu ti o nse igbelaruge patiku aggregation tabi floc breakup jẹ eka ati ki o ti wa ni kà ati ki o akawe ninu iwe yi lilo meji rudurudu si dede, eyun SST k-ω ati IDDES.Awọn abajade fihan pe IDDES n pese ilọsiwaju ti o kere pupọ lori SST k-ω, eyiti o to lati ṣe adaṣe deede ṣiṣan laarin flocculator paddle.Dimegilio ti o yẹ ni a lo lati ṣe iwadii isọdọkan ti awọn abajade PIV ati CFD, ati lati ṣe afiwe awọn abajade ti awoṣe rudurudu CFD ti a lo.Iwadi na tun dojukọ lori wiwọn ipin isokuso k, eyiti o jẹ 0.18 ni awọn iyara kekere ti 3 ati 4 rpm ni akawe si iye aṣoju deede ti 0.25.Idinku k lati 0.25 si 0.18 mu agbara ti a fi jiṣẹ si ito naa pọ si nipa 27-30% ati mu iwọn iyara (G) pọ si nipa 14%.Eyi tumọ si pe dapọ aladanla diẹ sii ni aṣeyọri ju ti a ti ṣe yẹ lọ, nitorinaa o dinku agbara, ati nitori naa agbara agbara ni apakan flocculation ti ọgbin itọju omi mimu le dinku.
Ninu isọdọtun omi, afikun ti awọn coagulanti ṣe aibalẹ awọn patikulu colloidal kekere ati awọn aimọ, eyiti lẹhinna darapọ lati dagba flocculation ni ipele flocculation.Awọn flakes jẹ awọn akojọpọ fractal ti o ni irọrun ti a ti so pọ, eyiti a yọkuro lẹhinna nipasẹ yiyan.Awọn ohun-ini patiku ati awọn ipo dapọ omi ṣe ipinnu ṣiṣe ti flocculation ati ilana itọju.Fífẹ̀fẹ́ ń béèrè ìdààmú lọ́ra fún àkókò kúkúrú kan àti agbára púpọ̀ láti ru omi ńlá 1.
Nigba flocculation, awọn hydrodynamics ti gbogbo eto ati awọn kemistri ti coagulant-patiku ibaraenisepo pinnu awọn oṣuwọn ni eyi ti a adaduro patiku iwọn pinpin ti wa ni waye2.Nigbati awọn patikulu ba kọlu, wọn duro si ara wọn3.Oyegbile, Ay4 royin pe awọn ikọlu da lori awọn ọna gbigbe flocculation ti itankale Brownian, rirẹ omi ati ipilẹ iyatọ.Nigbati awọn flakes ba kọlu, wọn dagba ati de opin iwọn kan, eyiti o le ja si fifọ, nitori awọn flakes ko le duro ni agbara ti awọn agbara hydrodynamic5.Diẹ ninu awọn flakes fifọ wọnyi tun darapọ sinu awọn ti o kere tabi iwọn kanna6.Sibẹsibẹ, awọn flakes ti o lagbara le koju agbara yii ati ṣetọju iwọn wọn ati paapaa dagba7.Yukselen ati Gregory8 ṣe ijabọ lori awọn iwadii ti o ni ibatan si iparun ti awọn flakes ati agbara wọn lati tun ṣe, ti o fihan pe aibikita ni opin.Bridgeman, Jefferson9 lo CFD lati ṣe iṣiro ipa agbegbe ti ṣiṣan iwọntunwọnsi ati rudurudu lori dida floc ati pipin nipasẹ awọn gradients iyara agbegbe.Ninu awọn tanki ti o ni ipese pẹlu awọn abẹfẹlẹ rotor, o jẹ dandan lati yatọ iyara ni eyiti awọn akopọ n ṣakojọpọ pẹlu awọn patikulu miiran nigbati wọn ba ni ailagbara to ni ipele coagulation.Nipa lilo CFD ati awọn iyara yiyi kekere ti o wa ni ayika 15 rpm, Vadasarukkai ati Gagnon11 ni anfani lati ṣaṣeyọri awọn iye G fun flocculation pẹlu awọn abẹfẹlẹ conical, nitorinaa idinku agbara agbara fun ariwo.Sibẹsibẹ, iṣẹ ni awọn iye G ti o ga julọ le ja si flocculation.Wọn ṣe iwadii ipa ti iyara dapọ lori ṣiṣe ipinnu iwọn iyara iyara apapọ ti flocculator paddle awaoko.Wọn yi ni iyara ti o ju 5 rpm.
Korpijärvi, Ahlstedt12 lo awọn awoṣe rudurudu mẹrin ti o yatọ lati ṣe iwadi aaye ṣiṣan lori ibujoko idanwo ojò.Wọn wọn aaye sisan pẹlu laser Doppler anemometer ati PIV ati ṣe afiwe awọn abajade iṣiro pẹlu awọn abajade ti wọn.de Oliveira ati Donadel13 ti dabaa ọna yiyan fun iṣiro awọn iwọn iyara lati awọn ohun-ini hydrodynamic nipa lilo CFD.Ọna ti a dabaa ti ni idanwo lori awọn ẹya flocculation mẹfa ti o da lori geometry helical.ṣe ayẹwo ipa ti akoko idaduro lori awọn flocculants ati dabaa awoṣe flocculation ti o le ṣee lo bi ohun elo lati ṣe atilẹyin apẹrẹ sẹẹli onipin pẹlu awọn akoko idaduro kekere14.Zhan, You15 dabaa apapọ CFD ati awoṣe iwọntunwọnsi olugbe lati ṣe adaṣe awọn abuda sisan ati ihuwasi floc ni iwọn iwọn ni kikun.Llano-Serna, Coral-Portillo16 ṣe iwadii awọn abuda sisan ti hydroflocculator Iru Cox ni ile itọju omi ni Viterbo, Columbia.Botilẹjẹpe CFD ni awọn anfani rẹ, awọn aropin tun wa gẹgẹbi awọn aṣiṣe nọmba ni awọn iṣiro.Nitorina, eyikeyi awọn abajade nọmba ti o gba yẹ ki o ṣe ayẹwo daradara ati itupalẹ lati le ṣe awọn ipinnu pataki17.Awọn ẹkọ diẹ wa ninu awọn iwe-iwe lori apẹrẹ ti awọn flocculators baffle petele, lakoko ti awọn iṣeduro fun apẹrẹ ti awọn flocculators hydrodynamic jẹ opin18.Chen, Liao19 lo iṣeto idanwo kan ti o da lori pipinka ti ina pola lati wiwọn ipo polarization ti ina tuka lati awọn patikulu kọọkan.Feng, Zhang20 lo Ansys-Fluent lati ṣe afiwe pinpin awọn ṣiṣan eddy ati yiyi ni aaye ṣiṣan ti flocculator awo coagulated ati flocculator inter-corrugated.Lẹhin ṣiṣapẹrẹ ṣiṣan ṣiṣan rudurudu ninu flocculator kan nipa lilo Ansys-Fluent, Gavi21 lo awọn abajade lati ṣe apẹrẹ flocculator naa.Vaneli ati Teixeira22 royin pe ibatan laarin awọn agbara ito ti awọn flocculators tube ajija ati ilana flocculation tun jẹ oye ti ko dara lati ṣe atilẹyin apẹrẹ onipin.de Oliveira ati Costa Teixeira23 ṣe iwadi ṣiṣe ati ṣafihan awọn ohun-ini hydrodynamic ti flocculator tube ajija nipasẹ awọn adanwo fisiksi ati awọn iṣeṣiro CFD.Ọpọlọpọ awọn oniwadi ti ṣe iwadi awọn reactors tube reactors tabi flocculators tube flocculators.Bibẹẹkọ, alaye alaye hydrodynamic lori idahun ti awọn reactors wọnyi si ọpọlọpọ awọn aṣa ati awọn ipo iṣẹ ṣi jẹ alaini (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Oliveira ati Teixeira26 ṣafihan awọn abajade atilẹba lati imọ-jinlẹ, esiperimenta ati awọn iṣeṣiro CFD ti flocculator ajija kan.Oliveira ati Teixeira27 daba lati lo okun oniyipo kan bi riakito coagulation-flocculation ni apapo pẹlu eto decanter ti aṣa.Wọn ṣe ijabọ pe awọn abajade ti o gba fun ṣiṣe yiyọkuro turbidity yatọ si pataki si awọn ti o gba pẹlu awọn awoṣe ti a lo nigbagbogbo fun iṣiro flocculation, ni iyanju iṣọra nigba lilo iru awọn awoṣe.Moruzzi ati de Oliveira [28] ṣe apẹrẹ ihuwasi ti eto awọn iyẹwu flocculation ti nlọsiwaju labẹ ọpọlọpọ awọn ipo iṣẹ, pẹlu awọn iyatọ ninu nọmba awọn iyẹwu ti a lo ati lilo awọn iwọn iyara sẹẹli ti o wa titi tabi iwọn.Romphophak, Le Men29 Awọn wiwọn PIV ti awọn iyara lẹsẹkẹsẹ ni awọn olutọpa ọkọ ofurufu onisẹpo-meji.Wọn rii kaakiri ti o ni idawọle ti ọkọ ofurufu ti o lagbara ni agbegbe flocculation ati ifoju agbegbe ati awọn oṣuwọn rirẹ lẹsẹkẹsẹ.
Shah, Joshi30 ṣe ijabọ pe CFD nfunni ni yiyan yiyan fun imudara awọn aṣa ati gbigba awọn abuda ṣiṣan foju.Eyi ṣe iranlọwọ lati yago fun awọn iṣeto adanwo lọpọlọpọ.CFD ti n pọ si ni lilo lati ṣe itupalẹ omi ati awọn ohun ọgbin itọju omi idọti (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).Ọpọlọpọ awọn oniwadi ti ṣe awọn idanwo lori le ṣe idanwo ohun elo (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) ati awọn flocculators disiki perforated31.Awọn miiran ti lo CFD lati ṣe iṣiro awọn hydroflocculators (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Ghawi21 royin pe awọn ẹrọ flocculators ẹrọ nilo itọju deede nitori wọn nigbagbogbo fọ lulẹ ati nilo ina pupọ.
Iṣiṣẹ ti flocculator paddle jẹ igbẹkẹle pupọ lori hydrodynamics ti ifiomipamo.Aini oye pipo ti awọn aaye iyara sisan ni iru awọn flocculators jẹ akiyesi ni kedere ninu awọn iwe-iwe (Howe, Hand38; Hendricks39).Gbogbo ibi-omi jẹ koko ọrọ si iṣipopada ti impeller flocculator, nitorinaa yiyọ kuro ni a nireti.Ni deede, iyara ito kere ju iyara abẹfẹlẹ nipasẹ ifosiwewe isokuso k, eyiti o jẹ asọye bi ipin ti iyara ti ara omi si iyara ti kẹkẹ paddle.Bhole40 royin pe awọn ifosiwewe aimọ mẹta wa lati ronu nigbati o ba n ṣe apẹrẹ flocculator kan, eyun iyara iyara, olùsọdipúpọ fa, ati iyara ibatan ti omi ni ibatan si abẹfẹlẹ.
Camp41 ṣe ijabọ pe nigbati o ba gbero awọn ẹrọ iyara giga, iyara jẹ nipa 24% ti iyara rotor ati giga bi 32% fun awọn ẹrọ iyara kekere.Ni aini ti septa, Droste ati Ger42 lo iye ak ti 0.25, lakoko ti o wa ninu ọran ti septa, k wa lati 0 si 0.15.Howe, Hand38 daba pe k wa ni iwọn 0.2 si 0.3.Hendrix39 ṣe ibatan ifosiwewe isokuso si iyara yiyipo nipa lilo ilana agbekalẹ kan ati pari pe ifosiwewe isokuso tun wa laarin iwọn ti Camp41 ti iṣeto.Bratby43 royin wipe k jẹ nipa 0,2 fun impeller awọn iyara lati 1,8 to 5,4 rpm ati ki o pọ si 0,35 fun impeller awọn iyara lati 0,9 to 3 rpm.Awọn oniwadi miiran ṣe ijabọ ọpọlọpọ awọn iye iye iwọn fa (Cd) lati 1.0 si 1.8 ati isokuso k iye lati 0.25 si 0.40 (Feir ati Geyer44; Hyde ati Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; ati Bratby ati Marais48 ).Awọn litireso naa ko ṣe afihan ilọsiwaju pataki ni asọye ati iṣiro k lati iṣẹ Camp41.
Ilana flocculation da lori rudurudu lati dẹrọ awọn ikọlu, nibiti a ti lo iwọn iyara (G) lati wiwọn rudurudu/flocculation.Dapọ ni awọn ilana ti ni kiakia ati boṣeyẹ tuka kemikali ninu omi.Ìwọ̀n ìdàpọ̀ jẹ́ díwọ̀n nípasẹ̀ ìmúrasílẹ̀ yíyára:
nibiti G = iyara iyara (aaya-1), P = titẹ sii agbara (W), V = iwọn didun omi (m3), μ = iki ti o ni agbara (Pa s).
Awọn ti o ga ni iye G, awọn diẹ adalu.Dapọ daradara jẹ pataki lati rii daju coagulation aṣọ.Awọn iwe-iwe tọkasi pe awọn apẹrẹ apẹrẹ pataki julọ jẹ akoko idapọ (t) ati iwọn iyara (G).Ilana flocculation da lori rudurudu lati dẹrọ awọn ikọlu, nibiti a ti lo iwọn iyara (G) lati wiwọn rudurudu/flocculation.Awọn iye apẹrẹ aṣoju fun G jẹ 20 si 70 s – 1, t jẹ iṣẹju 15 si 30, ati Gt (alainidi) jẹ 104 si 105. Awọn tanki idapọmọra iyara ṣiṣẹ dara julọ pẹlu awọn iye G ti 700 si 1000, pẹlu iduro akoko. nipa 2 iṣẹju.
nibiti P ti wa ni agbara ti a fi fun omi nipasẹ abẹfẹlẹ flocculator kọọkan, N jẹ iyara yiyi, b jẹ gigun abẹfẹlẹ, ρ jẹ iwuwo omi, r jẹ radius, ati k jẹ olusọdipúpọ isokuso.Idogba yii ni a lo si abẹfẹlẹ kọọkan ni ẹyọkan ati awọn abajade jẹ akopọ lati fun igbewọle agbara lapapọ ti flocculator.A ṣọra iwadi ti yi idogba fihan pataki ti isokuso ifosiwewe k ninu awọn oniru ilana ti a paddle flocculator.Awọn litireso naa ko sọ iye gangan ti k, ṣugbọn dipo ṣeduro iwọn kan bi a ti sọ tẹlẹ.Sibẹsibẹ, ibatan laarin P agbara ati isodipupo isokuso k jẹ onigun.Nitorinaa, ti o ba jẹ pe gbogbo awọn paramita jẹ kanna, fun apẹẹrẹ, iyipada k lati 0.25 si 0.3 yoo yorisi idinku ninu agbara ti a firanṣẹ si omi fun abẹfẹlẹ nipa 20%, ati idinku k lati 0.25 si 0.18 yoo mu u pọ si.nipa nipa 27-30% fun vane Agbara ti a fun si omi.Ni ipari, ipa ti k lori apẹrẹ flocculator paddle alagbero nilo lati ṣe iwadii nipasẹ iwọn imọ-ẹrọ.
Isọdiwọn ti o peye ti isokuso nilo iworan ṣiṣan ati kikopa.Nitorinaa, o ṣe pataki lati ṣapejuwe iyara tangential ti abẹfẹlẹ ninu omi ni iyara iyipo kan ni awọn aaye radial oriṣiriṣi lati ọpa ati ni awọn ijinle oriṣiriṣi lati oju omi lati le ṣe iṣiro ipa ti awọn ipo abẹfẹlẹ oriṣiriṣi.
Ninu iwadi yii, hydrodynamics ti flocculation jẹ iṣiro nipasẹ esiperimenta ati iwadii nọmba ti aaye iyara sisan rudurudu ni iwọn paddle flocculator yàrá kan.Awọn wiwọn PIV ti wa ni igbasilẹ lori flocculator, ṣiṣẹda awọn iwọn iwọn iyara ti akoko ti n fihan iyara ti awọn patikulu omi ni ayika awọn leaves.Ni afikun, ANSYS-Fluent CFD ni a lo lati ṣe adaṣe ṣiṣan yiyi inu flocculator ati ṣẹda awọn iwọn iwọn iyara akoko.Awoṣe CFD ti o yọrisi jẹ timo nipasẹ ṣiṣe iṣiro ibaramu laarin awọn abajade PIV ati CFD.Idojukọ ti iṣẹ yii wa lori iwọn iye isodipupo isokuso k, eyiti o jẹ paramita apẹrẹ ti ko ni iwọn ti flocculator paddle.Iṣẹ ti a gbekalẹ nihin n pese ipilẹ tuntun fun sisọdidiwọn olùsọdipúpọ isokuso k ni awọn iyara kekere ti 3 rpm ati 4 rpm.Awọn ipa ti awọn abajade taara ṣe alabapin si oye ti o dara julọ ti hydrodynamics ti ojò flocculation.
Flocculator yàrá ni apoti onigun oke ti o ṣii pẹlu giga giga ti 147 cm, giga ti 39 cm, iwọn gbogbogbo ti 118 cm, ati ipari gbogbogbo ti 138 cm (Fig. 1).Awọn agbekalẹ apẹrẹ akọkọ ti o dagbasoke nipasẹ Camp49 ni a lo lati ṣe apẹrẹ paddle flocculator iwọn iwọn yàrá kan ati lo awọn ipilẹ ti itupalẹ iwọn.Ohun elo idanwo naa ni a kọ ni yàrá Imọ-ẹrọ Ayika ti Ile-ẹkọ giga Amẹrika ti Lebanoni (Byblos, Lebanoni).
Iwọn petele wa ni giga ti 60 cm lati isalẹ ati gba awọn kẹkẹ paddle meji.Kọọkan paddle kẹkẹ oriširiši 4 paddles pẹlu 3 paddles lori kọọkan paddle fun a lapapọ ti 12 paddles.Flocculation nilo ifarabalẹ onírẹlẹ ni iyara kekere ti 2 si 6 rpm.Awọn iyara dapọ ti o wọpọ julọ ni awọn flocculators jẹ 3 rpm ati 4 rpm.Ṣiṣan flocculator asekale yàrá jẹ apẹrẹ lati ṣe aṣoju sisan ni iyẹwu ojò flocculation ti ọgbin itọju omi mimu.Agbara ti wa ni iṣiro nipa lilo idogba ibile 42 .Fun awọn iyara yiyi mejeeji, iwọn iyara \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) tobi ju 10 \({\text{sec}}}^{-{1}}\) lọ , nọmba Reynolds tọkasi ṣiṣan rudurudu (Table 1).
A lo PIV lati ṣaṣeyọri deede ati awọn wiwọn pipo ti awọn ọna iyara ito nigbakanna ni nọmba ti o tobi pupọ ti awọn aaye50.Iṣeto adanwo pẹlu flocculator paddle kan ti iwọn-laabu, eto LaVision PIV kan (2017), ati Arduino sensọ sensọ ita gbangba ti o nfa.Lati ṣẹda awọn profaili iyara aropin akoko, awọn aworan PIV ti gbasilẹ lẹsẹsẹ ni ipo kanna.Eto PIV jẹ iwọnwọn bi agbegbe ibi-afẹde wa ni aarin aaye ipari ti ọkọọkan awọn abẹfẹlẹ mẹta ti apa paddle kan pato.Awọn okunfa ita ni lesa ti o wa ni ẹgbẹ kan ti iwọn flocculator ati olugba sensọ ni apa keji.Nigbakugba ti apa flocculator ṣe dina ọna lesa, a fi ami kan ranṣẹ si eto PIV lati ya aworan kan pẹlu lesa PIV ati kamẹra ṣiṣẹpọ pẹlu ẹyọ akoko siseto kan.Lori ọpọtọ.2 fihan fifi sori ẹrọ ti eto PIV ati ilana imudani aworan.
Igbasilẹ ti PIV ti bẹrẹ lẹhin ti a ti ṣiṣẹ flocculator fun awọn iṣẹju 5-10 lati ṣe deede ṣiṣan naa ati ki o ṣe akiyesi aaye itọka itọka kanna.Isọdiwọn jẹ aṣeyọri nipasẹ lilo awo odiwọn kan ti a fi omi ṣan sinu flocculator ati gbe si aarin ti ipari ti abẹfẹlẹ ti iwulo.Ṣatunṣe ipo ti lesa PIV lati ṣe agbekalẹ dì ina alapin taara loke awo odiwọn.Ṣe igbasilẹ awọn iye iwọn fun iyara yiyi kọọkan ti abẹfẹlẹ kọọkan, ati awọn iyara yiyi ti a yan fun idanwo naa jẹ 3 rpm ati 4 rpm.
Fun gbogbo awọn gbigbasilẹ PIV, aarin akoko laarin awọn pulses laser meji ni a ṣeto ni iwọn lati 6900 si 7700 µs, eyiti o fun laaye nipo patiku ti o kere ju ti awọn piksẹli 5.Awọn idanwo awaoko ni a ṣe lori nọmba awọn aworan ti o nilo lati gba awọn wiwọn aropin akoko deede.Awọn iṣiro Vector ni a ṣe afiwe fun awọn ayẹwo ti o ni 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240, ati awọn aworan 280 ninu.Iwọn ayẹwo ti awọn aworan 240 ni a rii lati fun awọn abajade aropin akoko iduroṣinṣin nitori pe aworan kọọkan ni awọn fireemu meji.
Niwọn bi sisan ti o wa ninu flocculator jẹ rudurudu, window ifọrọwanilẹnuwo kekere ati nọmba nla ti awọn patikulu ni a nilo lati yanju awọn ẹya rudurudu kekere.Orisirisi awọn iterations ti idinku iwọn ni a lo pẹlu algorithm ibamu-agbelebu lati rii daju pe deede.Iwọn window idibo akọkọ ti awọn piksẹli 48 × 48 pẹlu 50% ni lqkan ati ilana isọdi ọkan ni atẹle nipasẹ iwọn window idibo ipari ti awọn piksẹli 32 × 32 pẹlu 100% ni lqkan ati awọn ilana isọdi meji.Ni afikun, awọn aaye ṣofo gilasi ni a lo bi awọn patikulu irugbin ninu ṣiṣan, eyiti o gba laaye o kere ju awọn patikulu 10 fun window idibo.Gbigbasilẹ PIV jẹ okunfa nipasẹ orisun ti o nfa ni Eto Aago Aago (PTU), eyiti o jẹ iduro fun sisẹ ati mimuuṣiṣẹpọ orisun laser ati kamẹra.
package CFD ti iṣowo ANSYS Fluent v 19.1 ni a lo lati ṣe agbekalẹ awoṣe 3D ati yanju awọn idogba ṣiṣan ipilẹ.
Lilo ANSYS-Fluent, awoṣe 3D kan ti flocculator-iwọn paddle kan ti a ṣẹda.A ṣe awoṣe ni irisi apoti onigun, ti o ni awọn kẹkẹ paddle meji ti a gbe sori ipo petele, bii awoṣe yàrá.Awoṣe laisi freeboard jẹ giga ti 108 cm, fife 118 cm ati gigun 138 cm.A ti fi ọkọ ofurufu onisẹpo petele kan ni ayika alapọpo.Silindrical ofurufu iran yẹ ki o se awọn yiyi ti gbogbo aladapo nigba ti fifi sori alakoso ati ki o ṣedasilẹ awọn yiyi sisan aaye inu awọn flocculator, bi han ni Ọpọtọ.
3D ANSYS-fluent ati awoṣe geometry aworan atọka, ANSYS-fluent flocculator body mesh lori ofurufu ti awọn anfani, ANSYS-fluent aworan atọka lori ofurufu ti anfani.
Awọn geometry awoṣe ni awọn agbegbe meji, ọkọọkan wọn jẹ ito.Eyi jẹ aṣeyọri nipa lilo iṣẹ iyokuro ọgbọn.Ni akọkọ yọkuro silinda (pẹlu alapọpo) lati inu apoti lati ṣe aṣoju omi.Lẹhinna yọ aladapọ kuro lati inu silinda, ti o yorisi awọn nkan meji: alapọpọ ati omi bibajẹ.Nikẹhin, wiwo sisun kan ni a lo laarin awọn agbegbe meji: wiwo silinda-silinda ati wiwo alapọpọ silinda (Fig. 3a).
Meshing ti awọn awoṣe ti a ṣe ti pari lati pade awọn ibeere ti awọn awoṣe rudurudu ti yoo ṣee lo lati ṣiṣe awọn iṣiro nọmba.Apapọ ti a ko ṣeto pẹlu awọn ipele ti o gbooro nitosi aaye ti o lagbara ni a lo.Ṣẹda awọn ipele imugboroja fun gbogbo awọn odi pẹlu iwọn idagba ti 1.2 lati rii daju pe awọn ilana ṣiṣan ti o nipọn ti wa ni idasilẹ, pẹlu sisanra Layer akọkọ ti \(7\mathrm{x }{10}^{-4}\) m lati rii daju pe \ ( {\ọrọ {y))^{+}\ le 1.0 \).Iwọn ara ti wa ni titunse nipa lilo ọna ibamu tetrahedron.Ìtóbi ẹ̀gbẹ́ ìhà iwájú àwọn atọ́nà méjì pẹ̀lú ìwọ̀n èròjà 2.5 × \({10}^{-3}\) m jẹ́ dídá, àti ìwọ̀n àdàpọ̀ iwájú tí ó jẹ́ 9 × \({10}^{-3}\) m ti lo.Ibẹrẹ ti ipilẹṣẹ ni awọn eroja 2144409 (Fig. 3b).
Awoṣe rudurudu k–ε-meji-paramita ni a yan gẹgẹbi awoṣe ipilẹ akọkọ.Lati ṣe afarawe ni deede ṣiṣan yiyi inu flocculator, awoṣe gbowolori diẹ sii ni a yan.Ṣiṣan yiyi rudurudu inu flocculator ni a ṣe iwadii ni nọmba nipa lilo awọn awoṣe CFD meji: SST k–ω51 ati IDDES52.Awọn abajade ti awọn awoṣe mejeeji ni a ṣe afiwe pẹlu awọn abajade PIV adanwo lati fọwọsi awọn awoṣe.Ni akọkọ, awoṣe rudurudu SST k-ω jẹ awoṣe viscosity rudurudu idogba meji-meji fun awọn ohun elo imumimi omi.Eyi jẹ apẹrẹ arabara ti o n ṣajọpọ awọn awoṣe Wilcox k-ω ati k-ε.Išẹ ti o dapọ naa nmu awoṣe Wilcox ṣiṣẹ nitosi odi ati awoṣe k-ε ni ṣiṣan ti nbọ.Eyi ṣe idaniloju pe awoṣe ti o tọ ni a lo jakejado aaye sisan.O ṣe asọtẹlẹ deede ipinya sisan nitori awọn gradients titẹ ikolu.Ni ẹẹkeji, ọna Ilọsiwaju Deferred Eddy Simulation (IDDES), ti a lo ni lilo pupọ ni awoṣe Eddy Individual Eddy Simulation (DES) pẹlu awoṣe SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes), ti yan.IDDES jẹ arabara RANS-LES (kikopa eddy nla) awoṣe ti o pese irọrun diẹ sii ati awoṣe iwọn ipinnu ore-olumulo (SRS) awoṣe kikopa.O da lori awoṣe LES lati yanju awọn eddies nla ati yi pada si SST k-ω lati ṣe afiwe awọn eddies iwọn kekere.Awọn itupalẹ iṣiro ti awọn abajade lati SST k–ω ati awọn iṣeṣiro IDDES ni a fiwewe pẹlu awọn abajade PIV lati fidi awoṣe naa.
Awoṣe rudurudu k–ε-meji-paramita ni a yan gẹgẹbi awoṣe ipilẹ akọkọ.Lati ṣe afarawe ni deede ṣiṣan yiyi inu flocculator, awoṣe gbowolori diẹ sii ni a yan.Ṣiṣan yiyi rudurudu inu flocculator ni a ṣe iwadii ni nọmba nipa lilo awọn awoṣe CFD meji: SST k–ω51 ati IDDES52.Awọn abajade ti awọn awoṣe mejeeji ni a ṣe afiwe pẹlu awọn abajade PIV adanwo lati fọwọsi awọn awoṣe.Ni akọkọ, awoṣe rudurudu SST k-ω jẹ awoṣe viscosity rudurudu idogba meji-meji fun awọn ohun elo imumimi omi.Eyi jẹ apẹrẹ arabara ti o n ṣajọpọ awọn awoṣe Wilcox k-ω ati k-ε.Išẹ ti o dapọ naa nmu awoṣe Wilcox ṣiṣẹ nitosi odi ati awoṣe k-ε ni ṣiṣan ti nbọ.Eyi ṣe idaniloju pe awoṣe ti o tọ ni a lo jakejado aaye sisan.O ṣe asọtẹlẹ deede ipinya sisan nitori awọn gradients titẹ ikolu.Ni ẹẹkeji, ọna Ilọsiwaju Deferred Eddy Simulation (IDDES), ti a lo ni lilo pupọ ni awoṣe Eddy Individual Eddy Simulation (DES) pẹlu awoṣe SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes), ti yan.IDDES jẹ arabara RANS-LES (kikopa eddy nla) awoṣe ti o pese irọrun diẹ sii ati awoṣe iwọn ipinnu ore-olumulo (SRS) awoṣe kikopa.O da lori awoṣe LES lati yanju awọn eddies nla ati yi pada si SST k-ω lati ṣe afiwe awọn eddies iwọn kekere.Awọn itupalẹ iṣiro ti awọn abajade lati SST k–ω ati awọn iṣeṣiro IDDES ni a fiwewe pẹlu awọn abajade PIV lati fidi awoṣe naa.
Lo oluyanju akoko ti o da lori titẹ ati lo agbara walẹ ni itọsọna Y.Yiyi ti waye nipa fifun iṣipopada iṣipopada si aladapọ, nibiti ipilẹṣẹ ti iyipo yiyi wa ni aarin ti ọna ti o wa ni petele ati itọsọna ti iyipo iyipo wa ni itọsọna Z.A ṣẹda wiwo apapo fun awọn atọkun jiometirika awoṣe mejeeji, ti o yorisi ni awọn egbegbe apoti didi meji.Gẹgẹbi ilana idanwo, iyara yiyi ni ibamu si awọn iyipada 3 ati 4.
Awọn ipo aala fun awọn odi ti alapọpọ ati flocculator ni a ṣeto nipasẹ odi, ati ṣiṣi oke ti flocculator ti ṣeto nipasẹ iṣan jade pẹlu titẹ iwọn odo (Fig. 3c).Eto ibaraẹnisọrọ titẹ-iyara SIMPLE, lakaye ti aaye gradient ti awọn iṣẹ aṣẹ-keji pẹlu gbogbo awọn aye ti o da lori awọn eroja onigun mẹrin ti o kere ju.Apejuwe isọpọ fun gbogbo awọn oniyipada ṣiṣan jẹ iwọnku 1 x \ ({10}^{-3}\).Nọmba ti o pọju ti awọn iterations fun igbesẹ akoko jẹ 20, ati iwọn igbesẹ akoko ni ibamu si yiyi ti 0.5 °.Ojutu naa ṣajọpọ ni aṣetunṣe 8th fun awoṣe SST k–ω ati ni aṣetunṣe 12th ni lilo IDDES.Ni afikun, nọmba awọn igbesẹ akoko ni a ṣe iṣiro ki alapọpo ṣe o kere ju awọn iyipada 12.Waye iṣapẹẹrẹ data fun awọn iṣiro akoko lẹhin awọn iyipo 3, eyiti ngbanilaaye isọdọtun ti sisan, iru si ilana idanwo.Ifiwera abajade ti awọn iyipo iyara fun iyipada kọọkan n fun ni awọn abajade kanna ni deede fun awọn iyipo mẹrin ti o kẹhin, ti o nfihan pe ipo iduro ti de.Awọn afikun revs ko ni ilọsiwaju awọn elegbegbe iyara alabọde.
Igbese akoko jẹ asọye ni ibatan si iyara yiyi, 3 rpm tabi 4 rpm.Igbese akoko naa jẹ atunṣe si akoko ti o nilo lati yi alapọpo pada nipasẹ 0.5 °.Eyi yoo jade lati to, niwọn igba ti ojutu naa ṣajọpọ ni irọrun, bi a ti ṣalaye ninu apakan ti tẹlẹ.Nitorinaa, gbogbo awọn iṣiro nọmba fun awọn awoṣe rudurudu mejeeji ni a ṣe ni lilo igbesẹ akoko ti a tunṣe ti 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) fun 3 rpm, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-} {3}\) 4 rpm.Fun igbesẹ akoko isọdọtun, nọmba Courant ti sẹẹli nigbagbogbo kere ju 1.0.
Lati ṣawari igbẹkẹle-mesh awoṣe, awọn abajade ni akọkọ gba ni lilo apapo 2.14M atilẹba ati lẹhinna apapo 2.88M ti a ti mọ.Isọdọtun akoj jẹ aṣeyọri nipa didin iwọn sẹẹli ti ara alapọpọ lati 9 × \({10}^{-3}\) m si 7 × \({10}^{-3}\) m.Fun atilẹba ati awọn meshes ti a tunṣe ti rudurudu awọn awoṣe meji, awọn iye apapọ ti awọn modulu iyara ni awọn aaye oriṣiriṣi ni ayika abẹfẹlẹ ni akawe.Iyatọ ipin laarin awọn abajade jẹ 1.73% fun awoṣe SST k–ω ati 3.51% fun awoṣe IDDES.IDDES ṣe afihan iyatọ ipin ti o ga julọ nitori pe o jẹ awoṣe arabara RANS-LES.Awọn iyatọ wọnyi ni a kà pe ko ṣe pataki, nitorina a ṣe simulation naa nipa lilo apapo atilẹba pẹlu awọn eroja 2.14 milionu ati igbesẹ akoko yiyi ti 0.5 °.
Atunyẹwo ti awọn abajade esiperimenta ni a ṣe ayẹwo nipasẹ ṣiṣe ọkọọkan awọn idanwo mẹfa naa ni akoko keji ati afiwe awọn abajade.Ṣe afiwe awọn iye iyara ni aarin abẹfẹlẹ ni jara meji ti awọn adanwo.Iyatọ ipin apapọ laarin awọn ẹgbẹ idanwo meji jẹ 3.1%.Eto PIV naa tun jẹ atunṣe ni ominira fun idanwo kọọkan.Ṣe afiwe iyara iṣiro itupalẹ ni aarin abẹfẹlẹ kọọkan pẹlu iyara PIV ni ipo kanna.Ifiwewe yii fihan iyatọ pẹlu aṣiṣe ogorun ti o pọju ti 6.5% fun abẹfẹlẹ 1.
Ṣaaju ki o to ṣe iwọn ifosiwewe isokuso, o jẹ dandan lati loye imọ-jinlẹ nipa imọran ti isokuso ni flocculator paddle, eyiti o nilo kikọ ẹkọ eto sisan ni ayika awọn paddles ti flocculator.Ni imọran, olùsọdipúpọ isokuso ti wa ni itumọ ti sinu apẹrẹ ti awọn flocculators paddle lati ṣe akiyesi iyara awọn abẹfẹlẹ ni ibatan si omi.Litireso naa ṣeduro pe iyara yii jẹ 75% ti iyara abẹfẹlẹ, nitorinaa pupọ julọ awọn aṣa lo ak ti 0.25 lati ṣe akọọlẹ fun atunṣe yii.Eyi nilo lilo awọn ọna ṣiṣan iyara ti o wa lati awọn adanwo PIV lati loye ni kikun aaye iyara sisan ati iwadi isokuso yii.Blade 1 jẹ abẹfẹlẹ inu ti o sunmọ ọpa, abẹfẹlẹ 3 jẹ abẹfẹlẹ ti ita, ati abẹfẹlẹ 2 jẹ abẹfẹlẹ aarin.
Awọn ọna ṣiṣan lori abẹfẹlẹ 1 ṣe afihan ṣiṣan yiyi taara ni ayika abẹfẹlẹ naa.Awọn ilana ṣiṣan wọnyi n jade lati aaye kan ni apa ọtun ti abẹfẹlẹ, laarin ẹrọ iyipo ati abẹfẹlẹ.Wiwo agbegbe ti o tọka si nipasẹ apoti aami pupa ni Nọmba 4a, o jẹ iyanilenu lati ṣe idanimọ abala miiran ti sisan atunṣe loke ati ni ayika abẹfẹlẹ.Iwoye ṣiṣan n ṣe afihan ṣiṣan diẹ si agbegbe isọdọtun.Yiyi ṣiṣan n sunmọ lati apa ọtun ti abẹfẹlẹ ni giga ti o to 6 cm lati opin abẹfẹlẹ, o ṣee ṣe nitori ipa ti abẹfẹlẹ akọkọ ti ọwọ ti o ṣaju abẹfẹlẹ, eyiti o han ni aworan.Wiwo ṣiṣan ni 4 rpm ṣe afihan ihuwasi kanna ati igbekalẹ, nkqwe pẹlu awọn iyara ti o ga julọ.
Aaye iyara ati awọn aworan lọwọlọwọ ti awọn abẹfẹlẹ mẹta ni awọn iyara yiyi meji ti 3 rpm ati 4 rpm.Iyara apapọ ti o pọju ti awọn abẹfẹlẹ mẹta ni 3 rpm jẹ 0.15 m / s, 0.20 m / s ati 0.16 m / s ni atele, ati iyara apapọ ti o pọju ni 4 rpm jẹ 0.15 m / s, 0.22 m / s ati 0.22 m / s, lẹsẹsẹ.lori mẹta sheets.
Ọna miiran ti ṣiṣan helical ni a rii laarin awọn ayokele 1 ati 2. Aaye fekito fihan ni kedere pe ṣiṣan omi n gbe soke lati isalẹ ti vane 2, gẹgẹ bi itọkasi nipasẹ itọsọna ti fekito.Gẹgẹbi a ti han nipasẹ apoti ti o ni aami ni aworan 4b, awọn ipakokoro wọnyi ko lọ ni inaro si oke lati oju abẹfẹlẹ, ṣugbọn yipada si apa ọtun ki o sọkalẹ diẹdiẹ.Lori oju ti abẹfẹlẹ 1, awọn ipadasi isalẹ wa ni iyatọ, eyiti o sunmọ awọn abẹfẹlẹ mejeeji ti o si yika wọn lati ṣiṣan isọdọtun ti o ṣẹda laarin wọn.Ilana sisan kanna ni a pinnu ni awọn iyara yiyi mejeeji pẹlu titobi iyara ti o ga julọ ti 4 rpm.
Aaye iyara ti abẹfẹlẹ 3 ko ṣe ilowosi pataki lati iyara iyara ti abẹfẹlẹ ti tẹlẹ ti o darapọ mọ sisan ni isalẹ abẹfẹlẹ 3. Sisan akọkọ labẹ abẹfẹlẹ 3 jẹ nitori iyara iyara inaro ti o dide pẹlu omi.
Awọn ọna iyara lori oju ti abẹfẹlẹ 3 ni a le pin si awọn ẹgbẹ mẹta, bi o ṣe han ni aworan 4c.Eto akọkọ jẹ eyi ti o wa ni eti ọtun ti abẹfẹlẹ naa.Ilana sisan ni ipo yii taara si ọtun ati si oke (ie si ọna abẹfẹlẹ 2).Ẹgbẹ keji jẹ arin abẹfẹlẹ.Fekito iyara fun ipo yii ni itọsọna taara, laisi eyikeyi iyapa ati laisi yiyi.Idinku ninu iye iyara ti pinnu pẹlu ilosoke ninu giga loke opin abẹfẹlẹ naa.Fun ẹgbẹ kẹta, ti o wa ni apa osi ti awọn abẹfẹlẹ, ṣiṣan naa lẹsẹkẹsẹ taara si apa osi, ie si odi ti flocculator.Pupọ julọ ṣiṣan ti o jẹ aṣoju nipasẹ fekito ere sisa lọ soke, ati apakan ti sisan n lọ si isalẹ.
Awọn awoṣe rudurudu meji, SST k–ω ati IDDES, ni a lo lati ṣe agbero awọn profaili iyara aropin akoko fun 3 rpm ati 4 rpm ninu ọkọ ofurufu tumọ gigun abẹfẹlẹ.Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 5, ipo iduro jẹ aṣeyọri nipasẹ iyọrisi ibajọra pipe laarin awọn iwọn iyara ti o ṣẹda nipasẹ awọn iyipo itẹlera mẹrin.Ni afikun, awọn iwọn-apapọ iyara ti o ni iwọn akoko ti ipilẹṣẹ nipasẹ IDDES ni a fihan ni aworan 6a, lakoko ti awọn profaili iyara ti o ni iwọn akoko ti ipilẹṣẹ nipasẹ SST k - ω ni a fihan ni 6a.6b.
Lilo IDDES ati awọn yipo iyara iwọn-akoko ti ipilẹṣẹ nipasẹ SST k–ω, IDDES ni ipin ti o ga julọ ti awọn iyipo iyara.
Ṣọra ṣe ayẹwo profaili iyara ti a ṣẹda pẹlu IDDES ni 3 rpm bi a ṣe han ni Nọmba 7. Alapọpo naa n yi lọna aago ati ṣiṣan naa ni ijiroro ni ibamu si awọn akọsilẹ ti o han.
Lori ọpọtọ.7 o le rii pe lori oju ti abẹfẹlẹ 3 ni I quadrant ni ipinya ti sisan, niwon ṣiṣan ko ni ihamọ nitori wiwa iho oke.Ni quadrant II ko si iyapa ti sisan ti a ṣe akiyesi, niwon sisan ti wa ni opin patapata nipasẹ awọn odi ti flocculator.Ni igemerin III, omi n yi ni iyara kekere tabi kekere ju ni awọn ilọ-aaya ti tẹlẹ.Omi ti o wa ni igemerin I ati II ni a gbe (ie yiyi tabi titari sita) sisale nipasẹ iṣe ti alapọpo.Ati ni quadrant III, omi ti wa ni titari jade nipasẹ awọn abẹfẹlẹ ti agitator.O han gbangba pe ibi-omi ti o wa ni aaye yii kọju apa aso flocculator ti o sunmọ.Sisan iyipo ti o wa ninu ikẹẹrin yii ti yapa patapata.Fun quadrant IV, pupọ julọ ṣiṣan afẹfẹ ti o wa loke vane 3 ni itọsọna si ọna odi flocculator ati pe o padanu iwọn rẹ diẹdiẹ bi giga ti n pọ si si ṣiṣi oke.
Ni afikun, ipo aarin pẹlu awọn ilana sisan ti o nipọn ti o jẹ gaba lori awọn imẹrin mẹta III ati IV, gẹgẹ bi a ti ṣe afihan nipasẹ awọn ellipses ti aami buluu.Agbegbe ti o samisi yii ko ni nkankan lati ṣe pẹlu ṣiṣan yiyi ni paddle flocculator, bi a ti le ṣe idanimọ išipopada yiyi.Eyi jẹ iyatọ si awọn imẹrin I ati II nibiti iyatọ ti o han gbangba wa laarin ṣiṣan inu ati ṣiṣan iyipo ni kikun.
Bi o han ni ọpọtọ.6, ti o ṣe afiwe awọn abajade ti IDDES ati SST k-ω, iyatọ akọkọ laarin awọn oju-ọna iyara jẹ titobi ti iyara lẹsẹkẹsẹ ni isalẹ abẹfẹlẹ 3. SST k-ω awoṣe fihan kedere pe sisan ti o pọju ti o gbooro sii ni a gbejade nipasẹ abẹfẹlẹ 3. akawe si IDDES.
Iyatọ miiran ni a le rii ni quadrant III.Lati IDDES, gẹgẹbi a ti mẹnuba tẹlẹ, iyapa ṣiṣan iyipo laarin awọn apa flocculator ni a ṣe akiyesi.Sibẹsibẹ, ipo yii ni ipa pupọ nipasẹ ṣiṣan iyara kekere lati awọn igun ati inu ti abẹfẹlẹ akọkọ.Lati SST k–ω fun ipo kanna, awọn ila elegbegbe ṣe afihan awọn iyara ti o ga julọ ni akawe si IDDES nitori pe ko si ṣiṣan ṣiṣan lati awọn agbegbe miiran.
Oye ti agbara ti awọn aaye fekito iyara ati awọn ṣiṣan ni a nilo fun oye ti o pe ti ihuwasi sisan ati igbekalẹ.Ni fifunni pe abẹfẹlẹ kọọkan jẹ 5 cm fifẹ, awọn aaye iyara meje ni a yan kọja iwọn lati pese profaili iyara asoju.Ni afikun, oye pipo ti titobi iyara bi iṣẹ giga ti o wa loke oju abẹfẹlẹ ni a nilo nipa ṣiṣero profaili iyara taara lori oju oju abẹfẹlẹ kọọkan ati lori ijinna lilọsiwaju ti 2.5 cm ni inaro titi de giga ti 10 cm.Wo S1, S2 ati S3 ninu eeya fun alaye diẹ sii.Àfikún A. olusin 8 fihan awọn ibajọra ti awọn dada ere sisa pinpin ti kọọkan abẹfẹlẹ (Y = 0.0) gba lilo PIV adanwo ati ANSYS-Fluent onínọmbà lilo IDDES ati SST k-ω.Mejeeji awọn awoṣe nomba jẹ ki o ṣee ṣe lati ṣe adaṣe deede ọna sisan lori dada ti awọn abẹfẹlẹ flocculator.
Awọn pinpin iyara PIV, IDDES ati SST k–ω lori oju abẹfẹlẹ.Iwọn x duro fun iwọn ti dì kọọkan ni millimeters, pẹlu ipilẹṣẹ (0 mm) ti o nsoju ẹba osi ti dì ati ipari (50 mm) ti o nsoju ẹba ọtun ti dì naa.
O han kedere pe awọn pinpin iyara ti awọn abẹfẹlẹ 2 ati 3 ni a fihan ni Fig.8 ati Fig.8.S2 ati S3 ni Afikun A ṣe afihan awọn aṣa ti o jọra pẹlu giga, lakoko ti abẹfẹlẹ 1 yipada ni ominira.Awọn profaili iyara ti awọn abẹfẹlẹ 2 ati 3 di pipe ni pipe ati ni iwọn kanna ni giga ti 10 cm lati opin abẹfẹlẹ naa.Eyi tumọ si pe ṣiṣan naa di aṣọ ni aaye yii.Eyi ni a rii ni kedere lati awọn abajade PIV, eyiti o jẹ ẹda daradara nipasẹ IDDES.Nibayi, awọn abajade SST k–ω fihan diẹ ninu awọn iyatọ, paapaa ni 4 rpm.
O ṣe pataki lati ṣe akiyesi pe abẹfẹlẹ 1 ṣe idaduro apẹrẹ kanna ti profaili iyara ni gbogbo awọn ipo ati pe ko ṣe deede ni giga, nitori wiwọ ti a ṣẹda ni aarin aladapọ ni abẹfẹlẹ akọkọ ti gbogbo awọn apa.Paapaa, ni akawe si IDDES, awọn profaili iyara abẹfẹlẹ PIV 2 ati 3 ṣafihan awọn iye iyara ti o ga diẹ ni ọpọlọpọ awọn ipo titi ti wọn fi fẹrẹ dọgba ni 10 cm loke oju abẹfẹlẹ.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu kejila-27-2022