Nature.com-a gireniňiz üçin sag boluň.Çäkli CSS goldawy bilen brauzer wersiýasyny ulanýarsyňyz.Iň oňat tejribe üçin täzelenen brauzeri ulanmagy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gabat geliş tertibini öçüriň).Mundan başga-da, dowamly goldawy üpjün etmek üçin sahypany stil we JavaScript-de görkezýäris.
316Ti görnüşi (UNS 31635), molibdeni öz içine alýan titanium durnuklaşdyrylan austenit hrom-nikel poslamaýan polatdyr.Bu goşundy poslama garşylygy ýokarlandyrýar, hlorid ion erginlerine garşylygy ýokarlandyrýar we ýokary temperaturalarda güýç berýär.Sypatlar 316 görnüşe meňzeýär, Titan goşulmagy sebäpli 316Ti ýokary duýgurlyk temperaturalarynda ulanylyp bilner.Poslama garşylyk, esasanam kükürt, gidroklor, sirke, formiki we tartar turşulyklaryna, kislota sulfatlaryna we aşgar hloridlere garşy gowulaşýar.
Himiki düzümi:
| 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 |
Aýratynlyklary: Annealed：
Ahyrky dartyş güýji: 75 KSI min (515 MPa min)
Hasyl güýji: (0,2% Offset) 30 KSI min (205 MPa min)
Uzalmagy: 40% min
Gatylygy: iň ýokary 95 Rb
Slaýdda üç makalany görkezýän slaýderler.Slaýdlardan geçmek üçin yzky we indiki düwmeleri ýa-da her slaýddan geçmek üçin ahyrynda slaýd gözegçilik düwmelerini ulanyň.
Bu gözlegde, flokulýasiýanyň gidrodinamikasy, laboratoriýa masştabynda ýerleşýän flokulýatorda turbulent akym tizliginiň meýdançasyny eksperimental we san taýdan öwrenmek arkaly bahalandyrylýar.Bölejikleriň jemlenmegine ýa-da bölekleriň bölünmegine kömek edýän turbulent akym çylşyrymly we bu kagyzda SST k-ω we IDDES atly iki sany turbulent modeli ulanyp göz öňünde tutulýar we deňeşdirilýär.Netijeler, IDDES-iň SST k-ω-dan gaty az gowulaşma üpjün edýändigini görkezýär, bu bolsa paddel flokulýatorynyň içindäki akymy takyk simulirlemek üçin ýeterlikdir.Iň oňat bal, PIV we CFD netijeleriniň ýakynlygyny barlamak we ulanylýan CFD turbulent modeliniň netijelerini deňeşdirmek üçin ulanylýar.Gözleg, adaty adaty bahasy bilen deňeşdirilende 3 we 4 aýlawda pes tizlikde 0,18 bolan süýşmek faktoryny kesgitlemäge ünsi jemleýär.K-ni 0,25-den 0,18-e çenli peseltmek, suwuklyga iberilýän güýji takmynan 27-30% ýokarlandyrýar we tizlik gradiýentini (G) takmynan 14% ýokarlandyrýar.Bu, garaşylýandan has köp agitasiýa üpjün edilýändigini, şonuň üçin az energiýa sarp edilýändigini we şonuň üçin agyz suwy arassalaýjy zawodyň flokulýasiýa bölüminde energiýa sarp edilişiniň pes bolup biljekdigini aňladýar.
Suwy arassalamakda, koagulantlaryň goşulmagy ownuk kolloid bölejikleri we hapalary durnuksyzlaşdyrýar, soňra flokulýasiýa döwründe flokulýasiýa emele getirýär.Flaklar massanyň fraktal agregatlary bilen baglanyşdyrylýar, soň bolsa çözmek arkaly aýrylýar.Bölejikleriň häsiýetleri we suwuk garyşyk şertleri flokulýasiýa we bejeriş işiniň netijeliligini kesgitleýär.Flokulýasiýa, gysga wagtyň dowamynda haýal agitasiýa we köp mukdarda suwy agitasiýa etmek üçin köp energiýa talap edýär1.
Flokulýasiýa wagtynda tutuş ulgamyň gidrodinamikasy we koagulant-bölejikleriň özara täsiri himiýasy stasionar bölejikleriň ululygynyň paýlanyş tizligini kesgitleýär2.Bölejikler çaknyşanda biri-birine ýapyşýarlar3.Oyegbile, Ay4, çaknyşyklaryň Brownian diffuziýasynyň flokulýasiýa transport mehanizmlerine, suwuk gyrkylmagyna we diferensial çözülmegine baglydygyny habar berdi.Akesumruklar çaknyşanda ulalýar we belli bir ululyk çägine ýetýär, bu bolsa döwülmegine sebäp bolup biler, sebäbi flodlar gidrodinamiki güýçleriň güýjüne çydap bilmeýärler5.Bu döwülen bölekleriň käbiri kiçi ýa-da şol bir ululykda birleşýär6.Şeýle-de bolsa, güýçli çybyklar bu güýje garşy durup, ululygyny saklap bilerler we hatda ösüp bilerler7.Seukselen we Gregori8, bölekleriň ýok edilmegi we gaýtadan dikeldiş ukyby bilen baglanyşykly barlaglar barada hasabat berdiler, yzyna gaýtaryp bolmajakdygyny görkezdi.Bridgeman, Jefferson9 orta akymyň we turbulentligiň ýerli tizlik gradiýentleri arkaly flok emele gelmegine we bölünmegine ýerli täsirini bahalandyrmak üçin CFD ulandy.Rotor pyçaklary bilen enjamlaşdyrylan tanklarda, koagulýasiýa fazasynda ýeterlik derejede durnuksyz bolanda, agregatlaryň beýleki bölejikler bilen çaknyş tizligini üýtgetmeli.“VDasarukkai” we “Gagnon11” CFD we 15 aýlaw tizliginde pes aýlanma tizligini ulanyp, konusly paddanyň flokulýasiýasy üçin G bahasyna ýetmegi başardylar we şeýlelik bilen agitasiýa üçin energiýa sarp edilişini azaltdylar.Şeýle-de bolsa, has ýokary G bahalarynda işlemek flokulýasiýa sebäp bolup biler.Garyşyk tizligiň pilot paddel flokulýatorynyň ortaça tizlik gradiýentini kesgitlemekdäki täsirini derňediler.5 aýlawdan köp tizlikde aýlanýarlar.
Korpijärvi, Ahlstedt12 tank synag skameýkasyndaky akym meýdanyny öwrenmek üçin dört dürli turbulent modelini ulandy.Akym meýdanyny lazer Doppler anemometri we PIV bilen ölçediler we hasaplanan netijeleri ölçenen netijeler bilen deňeşdirdiler.de Oliveýra we Donadel13, CFD ulanyp gidrodinamiki häsiýetlerden tizlik gradiýentlerini bahalandyrmagyň alternatiw usulyny teklip etdiler.Teklip edilýän usul, dik geometriýa esasynda alty sany flokulýasiýa bölüminde synag edildi.saklamagyň wagtynyň flokulantlara edýän täsirine baha berdi we pes saklanyş wagty bilen rasional öýjük dizaýnyny goldamak üçin gural hökmünde ulanyp boljak flokulýasiýa modelini teklip etdi14.Zhan, You15, akym aýratynlyklaryny we flok häsiýetini doly göwrümli flokulýasiýada simulirlemek üçin birleşdirilen CFD we ilatyň balans modelini teklip etdi.Llano-Serna, Coral-Portillo16 Kolumbiýanyň Witerbo şäherindäki suw arassalaýjy zawodda Koks görnüşli gidroflokkulýatoryň akym aýratynlyklaryny derňedi.CFD-iň artykmaçlyklary bar bolsa, hasaplamalarda san ýalňyşlary ýaly çäklendirmeler hem bar.Şonuň üçin alnan islendik san netijeleri möhüm netijeleri çykarmak üçin ünsli gözden geçirilmeli we derňelmeli17.Gorizontal päsgelçilikli flokulýatorlaryň dizaýny boýunça edebiýatda gözlegler az, gidrodinamiki flokulýatorlary dizaýn etmek boýunça teklipler çäklidir18.Chen, Liao19, bölünen ýagtylygyň aýry bölejiklerden polýarlaşma ýagdaýyny ölçemek üçin polýarizirlenen ýagtylygyň ýaýramagyna esaslanýan synag synagyny ulandy.Feng, Zhang20, garylan plastinka flokulýatorynyň we gasynlanan flokulýatoryň akym meýdanynda akym akymlarynyň paýlanyşyny simulirlemek üçin Ansys-Fluent ulandy.“Ansys-Fluent” -i ulanyp, flokulýatorda turbulent suwuklyk akymyny simulýasiýa edensoň, Gavi21 flokulýatory dizaýn etmek üçin netijeleri ulandy.Vaneli we Teixeira22, spiral turba flokulýatorlarynyň suwuk dinamikasy bilen flokulýasiýa prosesiniň arasyndaky baglanyşygyň rasional dizaýny goldamak üçin henizem düşünilmeýändigini habar berdiler.de Oliveýra we Kosta Teixeira23 netijeliligini öwrendiler we fizika synaglary we CFD simulýasiýalary arkaly spiral turba flokulýatorynyň gidrodinamiki aýratynlyklaryny görkezdiler.Köp gözlegçiler örtülen turba reaktorlaryny ýa-da örtülen turba flokulýatorlaryny öwrendiler.Şeýle-de bolsa, bu reaktorlaryň dürli dizaýnlara we iş şertlerine edýän täsiri barada jikme-jik gidrodinamiki maglumatlar henizem ýetmezçilik edýär (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Oliveira we Teixeira26 spiral flokulýatoryň teoretiki, eksperimental we CFD simulýasiýalarynyň asyl netijelerini hödürleýärler.Oliveira we Teixeira27, spiral rulony adaty dekanter ulgamy bilen bilelikde koagulýasiýa-flokulýasiýa reaktory hökmünde ulanmagy teklip etdiler.Bulaşyklygy aýyrmagyň netijeliligi üçin alnan netijeleriň flokulýasiýa baha bermek üçin köplenç ulanylýan modellerden ep-esli tapawutlydygyny, şeýle modelleri ulananyňyzda seresap bolmagyň mümkindigini habar berýärler.Moruzzi we de Oliveýra [28] dürli iş şertlerinde üznüksiz flokulýasiýa kameralary ulgamynyň özüni alyp barşyny, şol sanda ulanylýan otaglaryň sanynyň üýtgemegini we kesgitlenen ýa-da ulaldylan öýjük tizliginiň gradiýentlerini ulanmagy öz içine aldy.Romphophak, Le Men29 PAS ölçegleri, iki ölçegli reaktiw arassalaýjylarda dessine tizlikleri ölçemek.Flokulýasiýa zonasynda güýçli uçar bilen aýlanyşygy tapdylar we ýerli we dessine gyrkym derejesini çakladylar.
Şah, Joşi30 CFD dizaýnlary gowulandyrmak we wirtual akym aýratynlyklaryny almak üçin gyzykly alternatiwa hödürleýändigini habar berdi.Bu giň synag synaglaryndan gaça durmaga kömek edýär.CFD suw we hapa suwlary arassalaýan desgalary derňemek üçin has köp ulanylýar (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martinez35).Birnäçe derňewçi enjamlary barlamak üçin synaglar geçirdi (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; visarwis, Jefferson6; Wang, Wu34) we deşilen disk flokulýatorlary31.Beýlekiler gidroflokkulýatorlara baha bermek üçin CFD ulandylar (Bridgeman, Jefferson5; Wadasarukkai, Gagnon37).Ghawi21 mehaniki flokulýatorlaryň yzygiderli döwülmegini we köplenç elektrik toguny talap edýändigini habar berdi.
Ederli flokulýatoryň öndürijiligi suw howdanynyň gidrodinamikasyna gaty baglydyr.Şeýle flokulýatorlarda akym tizliginiň meýdanlaryna mukdar taýdan düşünmegiň ýoklugy edebiýatda aýdyň görkezilýär (Howe, Hand38; Hendriks39).Waterhli suw massasy flokulýator hereketlendirijisiniň hereketine sezewar bolýar, şonuň üçin süýşmegine garaşylýar.Adatça, suwuklygyň tizligi k suwuň faktorynyň pyçak tizliginden pesdir, bu suw howasynyň tizliginiň pürs tigiriniň tizligine gatnaşygy hökmünde kesgitlenýär.Bhole40, flokulýator dizaýn edilende göz öňünde tutulmaly üç sany näbelli faktoryň bardygyny habar berdi, ýagny tizlik gradienti, süýrmek koeffisiýenti we suwuň pyçak bilen deňeşdirilende tizligi.
“Camp41” ýokary tizlikli maşynlary göz öňünde tutanyňda, rotoryň tizliginiň takmynan 24 göterimini we pes tizlikli maşynlar üçin 32 göterime ýetýändigini habar berýär.Septa ýok bolsa, Droste we Ger42 ak bahasy 0,25 ulandy, septa ýagdaýynda k 0 bilen 0,15 aralygyndady.Howe, Hand38 k-iň 0,2 bilen 0,3 aralygyndadygyny görkezýär.Hendrix39 süýşmek faktoryny empirik formula ulanyp aýlanma tizligi bilen baglanyşdyrdy we süýşmek faktorynyň hem Camp41 tarapyndan kesgitlenen çäkde bolandygyny aýtdy.Bratby43, hereketlendirijiniň tizligi 1,8-den 5.4 rpm-a çenli, impelleriň tizligi 0.9-dan 3-e çenli 0.35-e çenli ýokarlanýandygyny habar berdi.Beýleki gözlegçiler süýrmek koeffisiýentiniň (Cd) bahalarynyň 1,0-dan 1.8-e çenli we süýşmek koeffisiýenti k bahalarynyň 0,25-den 0.40-a çenli (Feir we Geyer44; Hyde we Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; we Bratby we Marais48) ).Edebiýat, Camp41-iň işinden bäri k kesgitlemekde we kesgitlemekde düýpli ösüş görkezmeýär.
Flokulýasiýa prosesi, turbulentligi / flokulýasiýany ölçemek üçin tizlik gradienti (G) ulanylýan çaknyşyklary ýeňilleşdirmek üçin turbulentlige esaslanýar.Garyşyk, himiki serişdeleri suwda çalt we deň derejede ýaýratmakdyr.Garyşyk derejesi tizlik gradienti bilen ölçelýär:
bu ýerde G = tizlik gradienti (sek-1), P = güýç girişi (W), V = suwuň mukdary (m3), μ = dinamiki ýapyşyk (Pa s).
G bahasy näçe ýokary bolsa, şonça-da garyşyk bolýar.Birmeňzeş garyşmagy üpjün etmek üçin düýpli garyşmak zerurdyr.Edebiýat iň möhüm dizaýn parametrleriniň wagt (t) we tizlik gradientini (G) garyşdyrýandygyny görkezýär.Flokulýasiýa prosesi, turbulentligi / flokulýasiýany ölçemek üçin tizlik gradienti (G) ulanylýan çaknyşyklary ýeňilleşdirmek üçin turbulentlige esaslanýar.G üçin adaty dizaýn bahalary 20-70 s - 1, t 15-30 minut, Gt (ölçegsiz) 104 bilen 105 aralygyndadyr. Çalt garyşyk tanklar, G bahasy 700-den 1000-e çenli, wagtyň geçmegi bilen iň gowy işleýär. takmynan 2 minut.
bu ýerde P her flokulýator pyçagy bilen suwuklyga berlen güýç, N aýlanma tizligi, b pyçagyň uzynlygy, ρ suw dykyzlygy, r radius, k süýşmek koeffisiýenti.Bu deňleme her pyçaga aýratynlykda ulanylýar we flokulýatoryň umumy kuwwatyny bermek üçin netijeler jemlenýär.Bu deňlemäni üns bilen öwrenmek, süýşýän faktoryň k pälwan flokulýatorynyň dizaýn prosesinde ähmiýetini görkezýär.Edebiýatda k-nyň takyk bahasy görkezilmeýär, tersine, öň aýdylyşy ýaly diapazony maslahat berilýär.Şeýle-de bolsa, P güýji bilen süýşmek koeffisiýentiniň arasyndaky baglanyşyk kub.Şeýlelik bilen, ähli parametrleriň birmeňzeş bolmagy şerti bilen, meselem, k-ni 0,25-den 0,3-e üýtgetmek, her pyçakdaky suwuklyga iberilýän güýjüň takmynan 20% azalmagyna we k-ni 0,25-den 0.18-e çenli peseltmegine sebäp bolar.ýolda 27-30% töweregi suwuklyga berlen güýç.Netijede, k-iň durnukly paddel flokulýator dizaýnyna täsiri tehniki bahalandyrma arkaly derňelmeli.
Süýşmegiň takyk empirik mukdary akymyň wizuallaşdyrylmagyny we simulýasiýasyny talap edýär.Şol sebäpden, dürli pyçak pozisiýalarynyň täsirine baha bermek üçin pyçagyň suwdaky tangensial tizligini belli bir aýlaw tizliginde, dürli radial aralyklarda we suwuň üstünden dürli çuňluklarda suratlandyrmak möhümdir.
Bu gözlegde, flokulýasiýanyň gidrodinamikasy, laboratoriýa masştabynda ýerleşýän flokulýatorda turbulent akym tizliginiň meýdançasyny eksperimental we san taýdan öwrenmek arkaly bahalandyrylýar.PIV ölçegleri flokulýatorda ýazylýar we ýapraklaryň töweregindäki suw bölejikleriniň tizligini görkezýän ortaça tizlik konturlaryny döredýär.Mundan başga-da, flokulýatoryň içindäki aýlaw akymyny simulirlemek we ortaça tizlik tizligini döretmek üçin ANSYS-Fluent CFD ulanyldy.Alnan CFD modeli, PIV we CFD netijeleriniň arasyndaky laýyklyga baha bermek bilen tassyklandy.Bu işiň esasy maksady, paddel flokulýatorynyň ölçegsiz dizaýn parametri bolan süýşmek koeffisiýentini kesgitlemekdir.Bu ýerde hödürlenen iş, 3 aýlawda we 4 aýlawda pes tizlikde k süýşmek koeffisiýentini kesgitlemek üçin täze esas berýär.Netijeleriň täsiri flokulýasiýa tankynyň gidrodinamikasyna has gowy düşünmäge kömek edýär.
Laboratoriýa flokulýatory umumy beýikligi 147 sm, beýikligi 39 sm, umumy ini 118 sm we umumy uzynlygy 138 sm bolan açyk ýokarky gönüburçly gutudan ybarat (1-nji surat).“Camp49” tarapyndan işlenip düzülen esasy dizaýn ölçegleri, laboratoriýa masştably paddel flokulýatoryny düzmek we ölçegli derňew ýörelgelerini ulanmak üçin ulanyldy.Synag desgasy Liwan Amerikan uniwersitetiniň Daşky gurşaw in Engineeringenerçilik barlaghanasynda (Byblos, Liwan) guruldy.
Gorizontal ok aşakdan 60 sm beýiklikde ýerleşýär we iki sany tigirli tigir ýerleşdirýär.Her bir tigirli tigir, jemi 12 pürs üçin her bir eýerde 3 sany paddelden ybarat.Flokulýasiýa 2-den 6-a çenli pes tizlikde mylaýym agitasiýa talap edýär.Flokulýatorlarda iň köp ýaýran garyşyk tizligi 3 aýlaw we 4 aýlaw.Laboratoriýa masştabynda flokulýator akymy, agyz suwy arassalaýjy zawodyň flokulýasiýa tanky bölümindäki akymy görkezmek üçin döredildi.Kuwwat adaty 42 deňlemäni ulanyp hasaplanýar.Iki aýlaw tizligi üçin tizlik gradienti \ (\ stackrel {\ mathrm {-}} {\ text {G}} \) 10-dan uly ({\ text {sek}} ^ {- {1}} \) , Reynolds sany turbulent akymy görkezýär (1-nji tablisa).
PIV suwuklyk tizlik wektorlaryny bir wagtyň özünde gaty köp nokatda takyk we mukdar ölçeglerine ýetmek üçin ulanylýar50.Synag gurnamasynda laboratoriýa masştably paddel flokulýatory, LaVision PIV ulgamy (2017) we Arduino daşarky lazer datçigi bar.Ortaça tizlik profilini döretmek üçin PIV şekilleri şol bir ýerde yzygiderli ýazga alyndy.PIV ulgamy şeýle bir kalibrlenýär, maksat meýdany belli bir eňegiň üç pyçagynyň hersiniň uzynlygynyň ortasynda ýerleşýär.Daşarky hereketlendiriji flokulýatoryň giňliginiň bir tarapynda ýerleşýän lazerden we beýleki tarapynda datçik kabul edijisinden ybarat.Her gezek flokulýator goly lazer ýoluny petikläninde, PIV lazerli we programmirläp bolýan wagt bölümi bilen sinhronlaşdyrylan kamerany surata almak üçin PIV ulgamyna signal iberilýär.Injirde.2-de PIV ulgamynyň gurnalyşy we şekil almak prosesi görkezilýär.
PIV-ni ýazga almak, akymy kadalaşdyrmak we şol bir refraktiw indeks meýdanyny göz öňünde tutmak üçin flokulýator 5-10 minut işledilenden soň başlandy.Kalibrleme flokulýatoryň içine çümdürilen we gyzyklanma pyçagynyň uzynlygynyň orta nokadyna ýerleşdirilen kalibrleme plastinkasyny ulanmak arkaly gazanylýar.Kalibrleme plastinkasynyň üstünde tekiz ýagtylyk kagyzy döretmek üçin PIV lazeriniň ýagdaýyny sazlaň.Her pyçagyň her aýlanma tizligi üçin ölçenen bahalary ýazga alyň we synag üçin saýlanan aýlaw tizligi 3 aýlaw we 4 aýlaw.
Ivhli PIV ýazgylary üçin iki lazer impulsynyň arasyndaky wagt aralygy 6900-den 7700 µ aralygynda kesgitlendi, bu bölejikleriň iň az 5 piksel süýşmegine mümkinçilik berdi.Uçarman synaglary, ortaça takyk ölçegleri almak üçin zerur şekilleriň sany boýunça geçirildi.Wektor statistikasy 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240 we 280 suratlary öz içine alýan nusgalar bilen deňeşdirildi.Her bir suratyň iki çarçuwadan ybaratdygyny göz öňünde tutup, ortaça ortaça netijeleri bermek üçin 240 sany surat nusgasy tapyldy.
Flokulýatordaky akym turbulent bolansoň, ownuk turbulent gurluşlary çözmek üçin kiçi sorag penjiresi we köp sanly bölejik gerek.Takyklygy üpjün etmek üçin korrelýasiýa algoritmi bilen birlikde ululygy azaltmagyň birnäçe gaýtalanmalary ulanylýar.Ilkinji ses beriş penjiresiniň ululygy 50% gabat gelýän 48 × 48 piksel we bir uýgunlaşma prosesi, 100% gabat gelýän 32 × 32 piksel iň soňky ses beriş penjiresiniň ululygy we iki uýgunlaşma prosesi boldy.Mundan başga-da, aýna çukur sferalary akymdaky tohum bölejikleri hökmünde ulanyldy, bu bolsa her bir ses beriş penjiresinde azyndan 10 bölejik almaga mümkinçilik berdi.PIV ýazgysy, lazer çeşmesini we kamerany işletmek we sinhronlamak üçin jogapkär Programmable Wagtlaýyn Bölümiň (PTU) içindäki trigger çeşmesi bilen başlaýar.
Söwda CFD paketi ANSYS Fluent v 19.1 3D modelini ösdürmek we esasy akym deňlemelerini çözmek üçin ulanyldy.
ANSYS-Fluent ulanyp, laboratoriýa göwrümli paddel flokulýatorynyň 3D modeli döredildi.Model, laboratoriýa modeli ýaly keseligine okda oturdylan iki sany tigirli tigirlerden ybarat gönüburçly guty görnüşinde ýasalýar.Mugt tagtasyz modeliň beýikligi 108 sm, ini 118 sm we uzynlygy 138 sm.Mikseriň töweregine keseligine silindr tekizligi goşuldy.Silindr görnüşli uçar öndürmek, gurnama döwründe ähli mikseriň aýlanmagyny amala aşyrmalydyr we 3a-njy suratda görkezilişi ýaly flokulýatoryň içindäki aýlanýan akym meýdanyny simulirlemelidir.
3D ANSYS-arkaýyn we model geometriýa diagrammasy, gyzyklanma tekizliginde ANSYS-arassa flokulýator korpusy, gyzyklanma tekizliginde ANSYS-arassa diagramma.
Model geometriýa, hersi suwuklyk bolan iki sebitden durýar.Bu logiki aýyrmak funksiýasyny ulanmak arkaly gazanylýar.Ilki bilen suwuklygy görkezmek üçin silindri (mikseri hem goşmak bilen) gutudan aýyryň.Soňra mikseri silindrden aýyryň, netijede iki zat bolýar: mikser we suwuklyk.Ahyrynda iki ugur arasynda süýşýän interfeýs ulanyldy: silindr-silindr interfeýsi we silindr-mikser interfeýsi (3a surat).
Gurlan modelleri birleşdirmek, san simulýasiýalaryny işletmek üçin ulanyljak turbulent modelleriniň talaplaryny kanagatlandyrmak üçin tamamlandy.Gaty ýeriň golaýynda giňeldilen gatlaklary bolmadyk gurulmadyk mesh ulanyldy.Çylşyrymly akym nagyşlarynyň tutulmagyny üpjün etmek üçin, (1 \ mathrm {x} {10} ^ {- 4} \) m galyňlygy bilen, ähli diwarlar üçin giňeliş gatlaklaryny dörediň. ({\ text {y)) ^ {+} \ le 1.0 \).Bedeniň ululygy tetraedron gurnama usuly bilen sazlanýar.2,5 × \ ({10} ^ {- 3} \) m ululykdaky iki interfeýsiň öň tarapy, 9 × \ ({10} ^ {- 3} \) ululykdaky mikser döredilýär. m ulanylýar.Ilkinji öndürilen mesh 2144409 elementden ybaratdy (3b surat).
Iki esasy parametrli k - ε turbulentlik modeli başlangyç esasy model hökmünde saýlandy.Flokulýatoryň içindäki aýlaw akymyny takyk şekillendirmek üçin has hasaplaýyş has gymmat model saýlandy.Flokulýatoryň içindäki turbulent aýlaw akymy iki sany CFD modeli: SST k - ω51 we IDDES52 ulanyp san taýdan derňeldi.Iki modeliň netijeleri, modelleri tassyklamak üçin synag synag PIV netijeleri bilen deňeşdirildi.Ilki bilen, SST k-ω turbulentlik modeli, suwuk dinamika amaly programmalary üçin iki deňleme turbulent ýapyşykly modeldir.Bu Wilcox k-ω we k-ε modellerini birleşdirýän gibrid model.Garyşyk funksiýasy diwaryň ýanyndaky Wilcox modelini we gelýän akymda k-ε modelini işjeňleşdirýär.Bu, akym meýdanynda dogry modeliň ulanylmagyny üpjün edýär.Versearamaz basyş gradiýentleri sebäpli akymyň bölünişini takyk çaklaýar.Ikinjiden, SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) modeli bolan Şahsy Eddy Simulýasiýa (DES) modelinde giňden ulanylýan Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) usuly saýlandy.IDDES has çeýe we ulanyjy üçin amatly ölçeg masştabyny (SRS) simulýasiýa modelini üpjün edýän gibrid RANS-LES (uly eddy simulýasiýa) modelidir.Uly eddies çözmek üçin LES modeline esaslanýar we kiçi göwrümli eddi simulirlemek üçin SST k-to-a gaýdyp gelýär.SST k - ω we IDDES simulýasiýalarynyň netijeleriniň statistik derňewleri, modeli tassyklamak üçin PIV netijeleri bilen deňeşdirildi.
Iki esasy parametrli k - ε turbulentlik modeli başlangyç esasy model hökmünde saýlandy.Flokulýatoryň içindäki aýlaw akymyny takyk şekillendirmek üçin has hasaplaýyş has gymmat model saýlandy.Flokulýatoryň içindäki turbulent aýlaw akymy iki sany CFD modeli: SST k - ω51 we IDDES52 ulanyp san taýdan derňeldi.Iki modeliň netijeleri, modelleri tassyklamak üçin synag synag PIV netijeleri bilen deňeşdirildi.Ilki bilen, SST k-ω turbulentlik modeli, suwuk dinamika amaly programmalary üçin iki deňleme turbulent ýapyşykly modeldir.Bu Wilcox k-ω we k-ε modellerini birleşdirýän gibrid model.Garyşyk funksiýasy diwaryň ýanyndaky Wilcox modelini we gelýän akymda k-ε modelini işjeňleşdirýär.Bu, akym meýdanynda dogry modeliň ulanylmagyny üpjün edýär.Versearamaz basyş gradiýentleri sebäpli akymyň bölünişini takyk çaklaýar.Ikinjiden, SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) modeli bolan Şahsy Eddy Simulýasiýa (DES) modelinde giňden ulanylýan Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) usuly saýlandy.IDDES has çeýe we ulanyjy üçin amatly ölçeg masştabyny (SRS) simulýasiýa modelini üpjün edýän gibrid RANS-LES (uly eddy simulýasiýa) modelidir.Uly eddies çözmek üçin LES modeline esaslanýar we kiçi göwrümli eddi simulirlemek üçin SST k-to-a gaýdyp gelýär.SST k - ω we IDDES simulýasiýalarynyň netijeleriniň statistik derňewleri, modeli tassyklamak üçin PIV netijeleri bilen deňeşdirildi.
Basyşa esaslanýan wagtlaýyn çözüjini ulanyň we agyrlyk güýjüni Y ugry boýunça ulanyň.Aýlanma mikserde tor hereketini bellemek arkaly gazanylýar, bu ýerde aýlanma okunyň gelip çykyşy keseligine okuň merkezinde we aýlanma okunyň ugry Z ugrunda bolýar.Iki model geometriýa interfeýsi üçin tor interfeýsi döredilýär, netijede iki sany guty gyrasy bolýar.Synag usulynda bolşy ýaly, aýlanma tizligi 3 we 4 öwrülişiklere gabat gelýär.
Mikseriň we flokulýatoryň diwarlary üçin araçäk şertleri diwar bilen, flokulýatoryň ýokarky açylyşy bolsa nol ölçeg basyşy bilen rozetka tarapyndan kesgitlenildi (3-nji surat).Simönekeý basyş-tizlik aragatnaşygy shemasy, iň az kwadrat elementlerine esaslanýan ähli parametrler bilen ikinji tertipli funksiýalaryň gradiýent giňişligini kesgitlemek.Flowhli akym üýtgeýjileriniň konwergensiýa ölçegi ulaldylan galyndy 1 x \ ({10} ^ {- 3} \).Her ädimde iň köp gaýtalanma mukdary 20, wagt ädiminiň ululygy 0,5 ° aýlanmaga gabat gelýär.Çözüw SST k - ω modeli üçin 8-nji gaýtalama we IDDES ulanyp 12-nji gezek gaýtalanýar.Mundan başga-da, mikseriň azyndan 12 öwrülişik etmegi üçin wagt ädimleriniň sany hasaplandy.Synag prosedurasyna meňzeş akymyň kadalaşmagyna mümkinçilik berýän 3 aýlawdan soň wagt statistikasy üçin maglumat nusgasyny ulanyň.Her bir ynkylap üçin tizlik aýlawlarynyň çykyşyny deňeşdirmek, soňky dört rewolýusiýa üçin durnukly ýagdaýyň gazanylandygyny görkezýän netijeleri berýär.Goşmaça wersiýalar orta tizlikli konturlary gowulaşdyrmady.
Wagt ädimi aýlanma tizligine, 3 aýlaw ýa-da 4 aýlaw bilen kesgitlenýär.Wagt ädimi mikseri 0,5 ° aýlamak üçin zerur wagt bilen arassalanýar.Bu, ýeterlik bolýar, sebäbi öňki bölümde beýan edilişi ýaly çözgüt aňsat birleşýär.Şeýlelik bilen, iki turbulentlik modeli üçin ähli san hasaplamalary, 0.0208 \ (\ stackrel {\ mathrm {-}) üçin 0.02 \ (\ stackrel {\ mathrm {-}} {7} \) üýtgedilen wagt ädimini ulanyp geçirildi. {3} \) 4 aýlaw.Berlen arassalama wagty üçin öýjügiň Courant sany hemişe 1.0-den pesdir.
Model-tor garaşlylygyny öwrenmek üçin ilki bilen asyl 2.14M mesh, soňra bolsa arassalanan 2.88M mesh ulanyp netijeler gazanyldy.Grid arassalamak, garyjy bedeniň öýjük ululygyny 9 × \ ({10} ^ {- 3} \) m-den 7 × \ ({10} ^ {- 3} \) m çenli azaltmak arkaly gazanylýar.Iki modeliň turbulentliginiň asyl we arassalanan mesleri üçin pyçagyň töweregindäki dürli ýerlerde tizlik modullarynyň ortaça bahalary deňeşdirildi.Netijeleriň arasyndaky göterim tapawudy SST k - ω modeli üçin 1,73% we IDDES modeli üçin 3.51%.IDDES gibrid RANS-LES modeli bolany üçin has ýokary göterim tapawudyny görkezýär.Bu tapawutlar ujypsyz hasaplandy, şonuň üçin simulýasiýa 2,14 million elementli we aýlaw wagty 0,5 ° bolan asyl mesh bilen ýerine ýetirildi.
Synag netijeleriniň köpelmegi alty synagyň hersini ikinji gezek ýerine ýetirmek we netijeleri deňeşdirmek arkaly barlandy.Iki synag synagynda pyçagyň merkezindäki tizlik bahalaryny deňeşdiriň.Iki synag toparynyň arasyndaky ortaça göterim tapawudy 3,1% boldy.PIV ulgamy hem her synag üçin özbaşdak gaýtadan işledildi.Her pyçagyň merkezindäki analitiki hasaplanan tizligi şol bir ýerdäki PIV tizligi bilen deňeşdiriň.Bu deňeşdirme, 1-nji pyçak üçin iň ýokary göterim ýalňyşlygy 6.5% bilen tapawudy görkezýär.
Süýşmek faktoryna baha bermezden ozal, flokulýatoryň eňňitleriniň töweregindäki akym gurluşyny öwrenmegi talap edýän pälwan flokulýatorynda süýşmek düşünjesine ylmy taýdan düşünmeli.Düşünjä boýunça, süýşmek koeffisiýenti pyçaklaryň suw bilen deňeşdirilende tizligini göz öňünde tutmak üçin paddel flokulýatorlarynyň dizaýnyna gurulýar.Edebiýat bu tizligiň pyçak tizliginiň 75% bolmagyny maslahat berýär, şonuň üçin dizaýnlaryň köpüsi bu düzedişi hasaba almak üçin adatça 0,25 ak ulanýar.Bu, akym tizliginiň meýdanyna doly düşünmek we bu süýşmegi öwrenmek üçin PIV synaglaryndan alnan tizlik çyzyklaryny ulanmagy talap edýär.1-nji pyçak, iň ýakyn pyçakdyr, 3-nji pyçak iň daşky pyçak, 2-nji pyçak orta pyçakdyr.
1-nji pyçakdaky tizlik çyzyklary pyçagyň töwereginde göni aýlanýan akymy görkezýär.Bu akym nagyşlary pyçagyň sag tarapyndaky, rotor bilen pyçagyň arasyndaky nokatdan emele gelýär.4a suratdaky gyzyl nokat guty bilen görkezilen meýdana seretseň, pyçagyň ýokarsynda we töwereginde aýlanyş akymynyň başga bir tarapyny kesgitlemek gyzykly.Akymyň wizuallaşdyrylmagy aýlanyş zolagyna az akym görkezýär.Bu akym pyçagyň sag tarapyndan pyçagyň ujundan takmynan 6 sm beýiklikde ýakynlaşýar, belki, şekilde görünýän pyçagyň öňündäki eliň birinji pyçagynyň täsiri bilen baglanyşyklydyr.4 aýlawda akym wizualizasiýasy, has ýokary tizlik bilen şol bir özüni alyp barşyny we gurluşyny görkezýär.
Tizlik meýdany we 3 aýlaw we 4 aýlaw iki aýlaw tizliginde üç pyçagyň häzirki grafikleri.Üç aýlawyň iň ýokary ortaça tizligi 3 aýlawda 0,15 m / s, 0,20 m / s we 0,16 m / s, 4 aýlawda iň ýokary ortaça tizlik 0,15 m / s, 0,22 m / s we 0,22 m / s. degişlilikdeüç sahypada.
1-nji we 2-nji awtoulaglaryň arasynda dikligine akymyň başga bir görnüşi tapyldy wektor meýdany, wektoryň ugry bilen görkezilişi ýaly, suw akymynyň 2-nji gatyň aşagyndan ýokaryk hereket edýändigini açyk görkezýär.4b suratda punktir gutujydan görnüşi ýaly, bu wektorlar pyçagyň üstünden dikligine däl-de, saga öwrülip, kem-kemden aşak inýärler.1-nji pyçagyň üstünde aşaky wektorlar tapawutlanýar, olar iki pyçaga ýakynlaşýar we olary öz aralarynda emele gelen aýlanyş akymyndan gurşap alýar.Birmeňzeş akym gurluşy iki aýlaw tizliginde has ýokary tizlikli 4 aýlaw amplitudasy bilen kesgitlenildi.
3-nji pyçagyň tizlik meýdany öňki pyçagyň tizlik wektoryndan 3-nji aşaky akymyň birleşmegine ep-esli goşant goşmaýar. 3-nji pyçagyň aşagyndaky esasy akym, dik tizlik wektorynyň suw bilen ýokarlanmagy bilen baglanyşyklydyr.
Pyçagyň üstündäki tizlik wektorlaryny 4c-nji suratda görkezilişi ýaly üç topara bölmek mümkin.Birinji toplum pyçagyň sag gyrasydyr.Bu ýagdaýda akym gurluşy göni saga we ýokary (ýagny 2-nji pyçaga tarap).Ikinji topar pyçagyň ortasydyr.Bu pozisiýa üçin tizlik wektory göni gyşarnyksyz we aýlanmazdan gönükdirilýär.Tizlik bahasynyň peselmegi pyçagyň ujundan beýikligiň ýokarlanmagy bilen kesgitlenildi.Pyçaklaryň çep gyrasynda ýerleşýän üçünji topar üçin akym derrew çepe, ýagny flokulýatoryň diwaryna gönükdirilýär.Tizlik wektory bilen görkezilen akymyň köpüsi ýokarlanýar we akymyň bir bölegi keseligine aşak düşýär.
Iki sany turbulentlik modeli, SST k - ω we IDDES, ortaça uzynlyk tekizliginde 3 aýlaw we 4 aýlaw üçin ortaça tizlik profilini gurmak üçin ulanyldy.5-nji suratda görkezilişi ýaly, yzygiderli dört aýlaw arkaly döredilen tizlik konturlarynyň arasynda düýp meňzeşlige ýetmek arkaly durnukly ýagdaý gazanylýar.Mundan başga-da, IDDES tarapyndan döredilen wagt ortaça tizlik konturlary 6a suratda görkezilýär, SST k - by tarapyndan döredilen ortaça tizlik profilleri 6a suratda görkezilýär.6b.
IDTES we SST k - by tarapyndan döredilen ortaça tizlik aýlawlaryny ulanyp, IDDES tizlik aýlawlarynyň has köp paýyna eýe.
7-nji suratda görkezilişi ýaly 3 aýlawda IDDES bilen döredilen tizlik profilini üns bilen gözden geçiriň. Mikser sagat ugruna aýlanýar we görkezilen belliklere görä akym ara alnyp maslahatlaşylýar.
Injirde.7 I kwadrantdaky 3-nji pyçagyň üstünde akymyň bölünişiginiň bardygyny görmek bolýar, sebäbi ýokarky deşik barlygy sebäpli akym çäklendirilmeýär.II kwadrantda akymyň bölünişi hasaba alynmaýar, sebäbi akym flokulýatoryň diwarlary bilen doly çäklendirilýär.III kwadrantda suw öňki kwadrantlara garanyňda has pes ýa-da pes tizlikde aýlanýar.I we II kwadrantlardaky suw mikseriň hereketi bilen aşaklygyna süýşürilýär (ýagny aýlanýar ýa-da çykarylýar).III kwadrantda bolsa suw agitatoryň pyçaklary bilen çykarylýar.Bu ýerdäki suw massasynyň ýakynlaşýan flokulýator ýeňine garşy durýandygy äşgärdir.Bu dörtlükdäki aýlaw akymy düýbünden bölünýär.Dördünji kwadrant üçin, 3-nji gatyň üstündäki howa akymynyň köpüsi flokulýator diwaryna gönükdirilýär we beýiklik ýokarky açyklyga çenli ulaldygyça kem-kemden ululygyny ýitirýär.
Mundan başga-da, merkezi ýerleşiş, gök nokatly ellipsleriň görkezişi ýaly III we IV kwadratlarda agdyklyk edýän çylşyrymly akym nagyşlaryny öz içine alýar.Bu bellenen meýdanyň pälwan flokulýatoryndaky aýlaw akymy bilen hiç hili baglanyşygy ýok, sebäbi aýlaw hereketini kesgitläp bolýar.Içki akym bilen doly aýlaw akymynyň arasynda aýdyň bölünişik bolan I we II kwadrantlardan tapawutlanýar.
Injirde görkezilişi ýaly.6, IDDES we SST k-ω netijelerini deňeşdirip, tizlik konturlarynyň arasyndaky esasy tapawut, pyçagyň aşagyndaky tizligiň ululygydyr. SST k-ω modeli, ýokary tizlikli akymyň 3-nji pyçak bilen geçirilýändigini açyk görkezýär. IDDES bilen deňeşdirilende.
Başga bir tapawudy III kwadrantda tapyp bolar.IDDES-den, ýokarda belläp geçişimiz ýaly, flokulýator gollarynyň arasynda aýlaw akymynyň bölünişi bellendi.Şeýle-de bolsa, bu pozisiýa burçlardan we birinji pyçagyň içinden pes tizlikli akymdan güýçli täsir edýär.Şol bir ýer üçin SST k - from-dan kontur çyzyklary IDDES bilen deňeşdirilende has ýokary tizlikleri görkezýär, sebäbi beýleki sebitlerden akym ýok.
Akymyň özüni alyp barşyna we gurluşyna dogry düşünmek üçin tizlik wektor meýdanlaryna we tertiplerine ýokary hilli düşünmek zerurdyr.Her pyçagyň ini 5 sm bolandygyny göz öňünde tutup, tizlik tizligini görkezmek üçin ini boýunça ýedi tizlik nokady saýlandy.Mundan başga-da, tizlik profilini pyçagyň üstünden beýiklik funksiýasy hökmünde mukdar taýdan düşünmek, tizlik profilini her pyçagyň üstünde we üznüksiz 2,5 sm dikligine 10 sm beýiklige çenli meýilleşdirmek arkaly talap edilýär.Has giňişleýin maglumat üçin suratda S1, S2 we S3 serediň.Goşundy A. 8-nji suratda PIV synaglary we IDDES we SST k-using ulanyp ANSYS-Fluent derňewi arkaly alnan her pyçagyň (Y = 0.0) ýerüsti tizlik paýlanyşynyň meňzeşligi görkezilýär.San modelleriniň ikisi hem flokulýator pyçaklarynyň üstündäki akym gurluşyny takyk şekillendirmäge mümkinçilik berýär.
Tizlik PIV, IDDES we SST k - the pyçagyň üstünde paýlanýar.X oky her sahypanyň inini millimetrde görkezýär, gelip çykyşy (0 mm) sahypanyň çep periferiýasyny, soňy (50 mm) bolsa sahypanyň sag periferiýasyny görkezýär.
2-nji we 3-nji pyçaklaryň tizlik paýlanyşynyň 8-nji we 8-nji suratda görkezilendigi aýdyň görünýär.Goşundydaky S2 we S3 beýiklik bilen meňzeş tendensiýalary görkezýär, 1-nji pyçak özbaşdak üýtgeýär.2-nji we 3-nji pyçaklaryň tizlik profilleri gaty göni bolýar we pyçagyň ujundan 10 sm beýiklikde birmeňzeş amplituda eýe bolýar.Diýmek, bu pursatda akym birmeňzeş bolýar.Muny IDDES tarapyndan gowy köpeldilýän PIV netijelerinden aýdyň görmek bolýar.Bu aralykda, SST k - ω netijeleri käbir tapawutlary görkezýär, esasanam 4 aýlawda.
1-nji pyçagyň ähli pozisiýalarda tizlik profiliniň birmeňzeş görnüşini saklaýandygyny we beýikliginde kadalaşmaýandygyny bellemelidiris, sebäbi mikseriň merkezinde emele gelen aýlaw ähli gollaryň birinji pyçagyny öz içine alýar.Mundan başga-da, IDDES bilen deňeşdirilende, 2 we 3 PIV pyçak tizlik profilleri köp ýerlerde pyçagyň üstünden 10 sm beýiklige deň bolýança birneme ýokary tizlik bahalaryny görkezdi.
Iş wagty: 26-2023-nji fewral