Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Ang Type 316Ti(UNS 31635) ay isang Titanium stabilized austenitic chromium-nickel stainless steel na naglalaman ng molibdenum.Ang karagdagan na ito ay nagpapataas ng resistensya ng kaagnasan, nagpapabuti ng paglaban sa mga solusyon sa pitting chloride ion at nagbibigay ng mas mataas na lakas sa mataas na temperatura.Ang mga katangian ay katulad ng sa uri ng 316 maliban na ang 316Ti dahil sa pagdaragdag nito ng Titanium ay maaaring gamitin sa mataas na temperatura ng sensitization.Ang paglaban sa kaagnasan ay pinabuting, lalo na laban sa sulfuric, hydrochloric, acetic, formic at tartaric acids, acid sulfates at alkaline chlorides.
Komposisyong kemikal:
| 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 |
Mga Katangian: Annealed：
Ultimate Tensile Strength: 75 KSI min (515 MPa min)
Lakas ng Yield: (0.2% Offset) 30 KSI min (205 MPa min)
Pagpahaba: 40% min
Katigasan: Rb 95 max
Mga slider na nagpapakita ng tatlong artikulo sa bawat slide.Gamitin ang likod at susunod na mga pindutan upang lumipat sa mga slide, o ang mga pindutan ng slide controller sa dulo upang lumipat sa bawat slide.
Sa pag-aaral na ito, ang hydrodynamics ng flocculation ay sinusuri sa pamamagitan ng eksperimental at numerical na pagsisiyasat ng turbulent flow velocity field sa isang laboratory scale paddle flocculator.Ang magulong daloy na nagsusulong ng particle aggregation o floc breakup ay kumplikado at isinasaalang-alang at inihambing sa papel na ito gamit ang dalawang modelo ng turbulence, katulad ng SST k-ω at IDDES.Ang mga resulta ay nagpapakita na ang IDDES ay nagbibigay ng napakaliit na pagpapabuti sa SST k-ω, na sapat upang tumpak na gayahin ang daloy sa loob ng isang paddle flocculator.Ginagamit ang fit score para imbestigahan ang convergence ng mga resulta ng PIV at CFD, at para ihambing ang mga resulta ng CFD turbulence model na ginamit.Nakatuon din ang pag-aaral sa pagbibilang ng slip factor k, na 0.18 sa mababang bilis na 3 at 4 rpm kumpara sa karaniwang karaniwang halaga na 0.25.Ang pagbaba ng k mula 0.25 hanggang 0.18 ay nagpapataas ng power na inihatid sa fluid ng mga 27-30% at nagpapataas ng velocity gradient (G) ng humigit-kumulang 14%.Nangangahulugan ito na mas maraming agitation ang ibinibigay kaysa sa inaasahan, samakatuwid ay mas kaunting enerhiya ang natupok at samakatuwid ang pagkonsumo ng enerhiya sa flocculation unit ng drinking water treatment plant ay maaaring mas mababa.
Sa pagdalisay ng tubig, ang pagdaragdag ng mga coagulants ay nagde-destabilize ng maliliit na koloidal na particle at mga dumi, na pagkatapos ay pinagsama upang bumuo ng flocculation sa yugto ng flocculation.Ang mga natuklap ay maluwag na nakagapos ng mga fractal na pinagsama-samang masa, na pagkatapos ay aalisin sa pamamagitan ng pag-aayos.Ang mga katangian ng butil at mga kondisyon ng paghahalo ng likido ay tumutukoy sa kahusayan ng flocculation at proseso ng paggamot.Ang flocculation ay nangangailangan ng mabagal na agitation para sa isang medyo maikling yugto ng panahon at maraming enerhiya upang pukawin ang malalaking volume ng tubig1.
Sa panahon ng flocculation, tinutukoy ng hydrodynamics ng buong system at ng chemistry ng coagulant-particle interaction ang rate kung saan ang isang nakapirming distribusyon ng laki ng particle ay nakakamit2.Kapag nagbanggaan ang mga particle, dumidikit ito sa isa't isa3.Iniulat ni Oyegbile, Ay4 na ang mga banggaan ay nakasalalay sa mga mekanismo ng flocculation transport ng Brownian diffusion, fluid shear at differential settling.Kapag ang mga natuklap ay nagbanggaan, sila ay lumalaki at umabot sa isang tiyak na limitasyon sa laki, na maaaring humantong sa pagkasira, dahil ang mga natuklap ay hindi makatiis sa puwersa ng hydrodynamic forces5.Ang ilan sa mga sirang flakes na ito ay muling pinagsama sa mas maliliit o pareho ang laki6.Gayunpaman, ang malalakas na mga natuklap ay maaaring labanan ang puwersang ito at mapanatili ang kanilang laki at kahit na lumaki7.Iniulat nina Yukselen at Gregory8 ang mga pag-aaral na may kaugnayan sa pagkasira ng mga natuklap at ang kanilang kakayahang muling buuin, na nagpapakita na limitado ang irreversibility.Ginamit ni Bridgeman, Jefferson9 ang CFD upang tantyahin ang lokal na impluwensya ng mean flow at turbulence sa pagbuo ng floc at fragmentation sa pamamagitan ng mga lokal na gradient ng bilis.Sa mga tangke na nilagyan ng mga rotor blades, kinakailangang pag-iba-iba ang bilis kung saan ang mga pinagsama-samang bumangga sa iba pang mga particle kapag ang mga ito ay sapat na hindi matatag sa yugto ng coagulation.Sa pamamagitan ng paggamit ng CFD at mas mababang bilis ng pag-ikot na humigit-kumulang 15 rpm, nagawang makamit ni Vadasarukkai at Gagnon11 ang halaga ng G para sa conical paddle flocculation, sa gayon ay pinaliit ang paggamit ng kuryente para sa agitation.Gayunpaman, ang pagpapatakbo sa mas mataas na mga halaga ng G ay maaaring humantong sa flocculation.Inimbestigahan nila ang epekto ng bilis ng paghahalo sa pagtukoy ng average na gradient ng bilis ng isang pilot paddle flocculator.Umiikot sila sa bilis na higit sa 5 rpm.
Korpijärvi, Ahlstedt12 ay gumamit ng apat na magkakaibang modelo ng turbulence upang pag-aralan ang flow field sa isang tank test bench.Sinukat nila ang field ng daloy gamit ang isang laser Doppler anemometer at PIV at inihambing ang mga kinakalkula na resulta sa mga sinusukat na resulta.Nagmungkahi sina de Oliveira at Donadel13 ng alternatibong pamamaraan para sa pagtatantya ng mga gradient ng bilis mula sa mga hydrodynamic na katangian gamit ang CFD.Ang iminungkahing pamamaraan ay nasubok sa anim na yunit ng flocculation batay sa helical geometry.tinasa ang epekto ng oras ng pagpapanatili sa mga flocculant at nagmungkahi ng isang modelo ng flocculation na maaaring magamit bilang isang tool upang suportahan ang nakapangangatwiran na disenyo ng cell na may mababang oras ng pagpapanatili14.Si Zhan, You15 ay nagmungkahi ng pinagsamang modelo ng CFD at balanse ng populasyon upang gayahin ang mga katangian ng daloy at pag-uugali ng floc sa buong sukat na flocculation.Llano-Serna, Coral-Portillo16 ay nag-imbestiga sa mga katangian ng daloy ng isang Cox-type na hydroflocculator sa isang water treatment plant sa Viterbo, Colombia.Bagama't may mga pakinabang ang CFD, mayroon ding mga limitasyon tulad ng mga error sa numero sa mga kalkulasyon.Samakatuwid, ang anumang mga resultang numerical na nakuha ay dapat na maingat na suriin at suriin upang makagawa ng mga kritikal na konklusyon17.Mayroong ilang mga pag-aaral sa literatura sa disenyo ng pahalang na baffle flocculator, habang ang mga rekomendasyon para sa disenyo ng hydrodynamic flocculator ay limitado18.Chen, Liao19 ay gumamit ng pang-eksperimentong setup batay sa scattering ng polarized light upang sukatin ang estado ng polarization ng scattered light mula sa mga indibidwal na particle.Ginamit ni Feng, Zhang20 ang Ansys-Fluent para gayahin ang distribusyon ng eddy currents at pag-ikot sa flow field ng isang coagulated plate flocculator at isang inter-corrugated flocculator.Pagkatapos gayahin ang magulong daloy ng fluid sa isang flocculator gamit ang Ansys-Fluent, ginamit ni Gavi21 ang mga resulta upang idisenyo ang flocculator.Iniulat nina Vaneli at Teixeira22 na ang relasyon sa pagitan ng tuluy-tuloy na dinamika ng mga spiral tube flocculator at ang proseso ng flocculation ay hindi pa rin gaanong nauunawaan upang suportahan ang isang nakapangangatwiran na disenyo.Pinag-aralan nina de Oliveira at Costa Teixeira23 ang kahusayan at ipinakita ang mga hydrodynamic na katangian ng spiral tube flocculator sa pamamagitan ng mga eksperimento sa pisika at mga simulation ng CFD.Maraming mga mananaliksik ang nag-aral ng mga coiled tube reactors o coiled tube flocculators.Gayunpaman, ang detalyadong hydrodynamic na impormasyon sa pagtugon ng mga reactor na ito sa iba't ibang mga disenyo at kondisyon ng pagpapatakbo ay kulang pa rin (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Ang Oliveira at Teixeira26 ay nagpapakita ng mga orihinal na resulta mula sa theoretical, experimental at CFD simulation ng spiral flocculator.Iminungkahi nina Oliveira at Teixeira27 na gumamit ng spiral coil bilang coagulation-flocculation reactor kasabay ng isang conventional decanter system.Iniuulat nila na ang mga resulta na nakuha para sa kahusayan sa pag-alis ng labo ay makabuluhang naiiba sa mga nakuha sa karaniwang ginagamit na mga modelo para sa pagsusuri ng flocculation, na nagmumungkahi ng pag-iingat kapag gumagamit ng mga naturang modelo.Ginawa nina Moruzzi at de Oliveira [28] ang pag-uugali ng isang sistema ng tuluy-tuloy na mga flocculation chamber sa ilalim ng iba't ibang kondisyon ng operating, kabilang ang mga pagkakaiba-iba sa bilang ng mga chamber na ginamit at ang paggamit ng mga fixed o scaled cell velocity gradients.Romphophak, Le Men29 PIV measurements ng instantaneous velocities sa quasi-two-dimensional jet cleaners.Nakakita sila ng malakas na jet-induced circulation sa flocculation zone at tinantyang lokal at instant shear rate.
Iniulat ni Shah, Joshi30 na nag-aalok ang CFD ng isang kawili-wiling alternatibo para sa pagpapabuti ng mga disenyo at pagkuha ng mga katangian ng virtual na daloy.Nakakatulong ito upang maiwasan ang mga malawak na pang-eksperimentong setup.Ang CFD ay lalong ginagamit upang pag-aralan ang mga halaman sa paggamot ng tubig at wastewater (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).Ilang investigator ang nagsagawa ng mga eksperimento sa can test equipment (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) at perforated disc flocculators31.Ang iba ay gumamit ng CFD upang suriin ang mga hydroflocculator (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Iniulat ni Ghawi21 na ang mga mekanikal na flocculator ay nangangailangan ng regular na pagpapanatili dahil madalas itong masira at nangangailangan ng maraming kuryente.
Ang pagganap ng isang paddle flocculator ay lubos na nakadepende sa hydrodynamics ng reservoir.Ang kakulangan ng quantitative na pag-unawa sa mga field ng bilis ng daloy sa naturang mga flocculator ay malinaw na nabanggit sa panitikan (Howe, Hand38; Hendricks39).Ang buong masa ng tubig ay napapailalim sa paggalaw ng flocculator impeller, kaya inaasahan ang pagdulas.Kadalasan, ang fluid velocity ay mas mababa kaysa sa blade velocity ng slip factor k, na tinukoy bilang ratio ng velocity ng katawan ng tubig sa velocity ng paddle wheel.Iniulat ng Bhole40 na mayroong tatlong hindi kilalang mga kadahilanan na dapat isaalang-alang kapag nagdidisenyo ng isang flocculator, katulad ng gradient ng bilis, ang koepisyent ng drag, at ang kamag-anak na bilis ng tubig na nauugnay sa talim.
Iniulat ng Camp41 na kapag isinasaalang-alang ang mga high speed na makina, ang bilis ay humigit-kumulang 24% ng rotor speed at kasing taas ng 32% para sa mga low speed na makina.Sa kawalan ng septa, ginamit ni Droste at Ger42 ang ak value na 0.25, habang sa kaso ng septa, ang k ay mula 0 hanggang 0.15.Howe, iminumungkahi ng Hand38 na ang k ay nasa hanay na 0.2 hanggang 0.3.Iniugnay ni Hendrix39 ang slip factor sa bilis ng pag-ikot gamit ang isang empirical formula at napagpasyahan na ang slip factor ay nasa loob din ng hanay na itinatag ng Camp41.Iniulat ng Bratby43 na ang k ay humigit-kumulang 0.2 para sa mga bilis ng impeller mula 1.8 hanggang 5.4 rpm at tumataas sa 0.35 para sa mga bilis ng impeller mula 0.9 hanggang 3 rpm.Ang iba pang mga mananaliksik ay nag-uulat ng malawak na hanay ng mga halaga ng drag coefficient (Cd) mula 1.0 hanggang 1.8 at mga halaga ng slip coefficient k mula 0.25 hanggang 0.40 (Feir at Geyer44; Hyde at Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; at Bratby at Marais48 ).Ang panitikan ay hindi nagpapakita ng makabuluhang pag-unlad sa pagtukoy at pagbibilang ng k mula noong gawain ng Camp41.
Ang proseso ng flocculation ay batay sa turbulence upang mapadali ang mga banggaan, kung saan ang velocity gradient (G) ay ginagamit upang sukatin ang turbulence/flocculation.Ang paghahalo ay ang proseso ng mabilis at pantay na pagpapakalat ng mga kemikal sa tubig.Ang antas ng paghahalo ay sinusukat ng gradient ng bilis:
kung saan ang G = velocity gradient (sec-1), P = power input (W), V = volume ng tubig (m3), μ = dynamic viscosity (Pa s).
Kung mas mataas ang halaga ng G, mas magkakahalo.Ang masusing paghahalo ay mahalaga upang matiyak ang pare-parehong coagulation.Ang panitikan ay nagpapahiwatig na ang pinakamahalagang mga parameter ng disenyo ay ang oras ng paghahalo (t) at gradient ng bilis (G).Ang proseso ng flocculation ay batay sa turbulence upang mapadali ang mga banggaan, kung saan ang velocity gradient (G) ay ginagamit upang sukatin ang turbulence/flocculation.Ang mga karaniwang halaga ng disenyo para sa G ay 20 hanggang 70 s–1, t ay 15 hanggang 30 minuto, at ang Gt (walang dimensyon) ay 104 hanggang 105. Ang mga fast mix tank ay pinakamahusay na gumagana sa mga halaga ng G na 700 hanggang 1000, na may oras na manatili mga 2 minuto.
kung saan ang P ay ang kapangyarihan na ibinibigay sa likido ng bawat blade ng flocculator, ang N ay ang bilis ng pag-ikot, ang b ay ang haba ng blade, ang ρ ay ang density ng tubig, ang r ay ang radius, at ang k ay ang slip coefficient.Ang equation na ito ay inilapat sa bawat blade nang paisa-isa at ang mga resulta ay summed upang ibigay ang kabuuang power input ng flocculator.Ang isang maingat na pag-aaral ng equation na ito ay nagpapakita ng kahalagahan ng slip factor k sa proseso ng disenyo ng isang paddle flocculator.Ang panitikan ay hindi nagsasaad ng eksaktong halaga ng k, ngunit sa halip ay nagrerekomenda ng isang hanay tulad ng naunang sinabi.Gayunpaman, ang ugnayan sa pagitan ng kapangyarihan P at ang slip coefficient k ay kubiko.Kaya, sa kondisyon na ang lahat ng mga parameter ay pareho, halimbawa, ang pagbabago ng k mula 0.25 hanggang 0.3 ay hahantong sa isang pagbawas sa kapangyarihan na ipinadala sa likido bawat talim ng halos 20%, at ang pagbabawas ng k mula 0.25 hanggang 0.18 ay tataas ito.sa pamamagitan ng tungkol sa 27-30% per vane Ang kapangyarihan na ibinibigay sa likido.Sa huli, ang epekto ng k sa napapanatiling disenyo ng paddle flocculator ay kailangang imbestigahan sa pamamagitan ng teknikal na quantification.
Ang tumpak na empirical quantification ng slippage ay nangangailangan ng flow visualization at simulation.Samakatuwid, mahalagang ilarawan ang tangential na bilis ng talim sa tubig sa isang tiyak na bilis ng pag-ikot sa iba't ibang radial na distansya mula sa baras at sa iba't ibang lalim mula sa ibabaw ng tubig upang masuri ang epekto ng iba't ibang posisyon ng talim.
Sa pag-aaral na ito, ang hydrodynamics ng flocculation ay sinusuri sa pamamagitan ng eksperimental at numerical na pagsisiyasat ng turbulent flow velocity field sa isang laboratory scale paddle flocculator.Ang mga sukat ng PIV ay naitala sa flocculator, na lumilikha ng time-average na mga contour ng bilis na nagpapakita ng bilis ng mga particle ng tubig sa paligid ng mga dahon.Bilang karagdagan, ginamit ang ANSYS-Fluent CFD upang gayahin ang umiikot na daloy sa loob ng flocculator at lumikha ng mga contour ng bilis ng oras na naa-average.Ang resultang modelo ng CFD ay nakumpirma sa pamamagitan ng pagsusuri sa mga sulat sa pagitan ng mga resulta ng PIV at CFD.Ang pokus ng gawaing ito ay sa pagbibilang ng slip coefficient k, na isang walang sukat na parameter ng disenyo ng isang paddle flocculator.Ang gawaing ipinakita dito ay nagbibigay ng bagong batayan para sa pagbibilang ng slip coefficient k sa mababang bilis na 3 rpm at 4 rpm.Ang mga implikasyon ng mga resulta ay direktang nag-aambag sa isang mas mahusay na pag-unawa sa hydrodynamics ng tangke ng flocculation.
Ang laboratoryo flocculator ay binubuo ng isang open-top na hugis-parihaba na kahon na may kabuuang taas na 147 cm, isang taas na 39 cm, isang pangkalahatang lapad na 118 cm, at isang kabuuang haba na 138 cm (Fig. 1).Ang pangunahing pamantayan sa disenyo na binuo ng Camp49 ay ginamit upang magdisenyo ng isang laboratoryo scale paddle flocculator at ilapat ang mga prinsipyo ng dimensional analysis.Ang eksperimentong pasilidad ay itinayo sa Environmental Engineering Laboratory ng Lebanese American University (Byblos, Lebanon).
Ang pahalang na axis ay matatagpuan sa taas na 60 cm mula sa ibaba at tumanggap ng dalawang paddle wheel.Ang bawat paddle wheel ay binubuo ng 4 na paddle na may 3 paddle sa bawat paddle para sa kabuuang 12 paddles.Ang flocculation ay nangangailangan ng banayad na agitation sa mababang bilis na 2 hanggang 6 rpm.Ang pinakakaraniwang bilis ng paghahalo sa mga flocculator ay 3 rpm at 4 rpm.Ang laboratoryo scale flocculator flow ay idinisenyo upang kumatawan sa daloy sa flocculation tank compartment ng isang drinking water treatment plant.Kinakalkula ang kapangyarihan gamit ang tradisyonal na equation 42 .Para sa parehong bilis ng pag-ikot, ang gradient ng bilis \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) ay mas malaki sa 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) , ang Reynolds number ay nagpapahiwatig ng magulong daloy (Talahanayan 1).
Ginagamit ang PIV upang makamit ang tumpak at dami ng mga sukat ng fluid velocity vectors nang sabay-sabay sa napakalaking bilang ng mga puntos50.Kasama sa eksperimentong setup ang isang lab-scale paddle flocculator, isang LaVision PIV system (2017), at isang Arduino external laser sensor trigger.Upang lumikha ng mga profile ng bilis ng oras-average, ang mga larawan ng PIV ay naitala nang sunud-sunod sa parehong lokasyon.Ang PIV system ay naka-calibrate upang ang target na lugar ay nasa gitna ng haba ng bawat isa sa tatlong blades ng isang partikular na paddle arm.Ang panlabas na trigger ay binubuo ng isang laser na matatagpuan sa isang gilid ng lapad ng flocculator at isang sensor receiver sa kabilang panig.Sa tuwing haharangin ng braso ng flocculator ang laser path, may ipapadalang signal sa PIV system para kumuha ng larawan gamit ang PIV laser at camera na naka-synchronize sa isang programmable timing unit.Sa fig.Ipinapakita ng 2 ang pag-install ng PIV system at ang proseso ng pagkuha ng imahe.
Ang pag-record ng PIV ay sinimulan matapos ang flocculator ay pinaandar sa loob ng 5-10 min upang gawing normal ang daloy at isaalang-alang ang parehong field ng refractive index.Ang pagkakalibrate ay nakakamit sa pamamagitan ng paggamit ng calibration plate na nakalubog sa flocculator at inilagay sa gitna ng haba ng blade ng interes.Ayusin ang posisyon ng PIV laser upang bumuo ng flat light sheet nang direkta sa itaas ng calibration plate.Itala ang mga sinusukat na halaga para sa bawat bilis ng pag-ikot ng bawat talim, at ang mga bilis ng pag-ikot na pinili para sa eksperimento ay 3 rpm at 4 rpm.
Para sa lahat ng pag-record ng PIV, ang agwat ng oras sa pagitan ng dalawang laser pulse ay itinakda sa hanay mula 6900 hanggang 7700 µs, na nagbigay-daan sa minimum na pag-aalis ng particle na 5 pixels.Ang mga pagsubok sa piloto ay isinagawa sa bilang ng mga imahe na kinakailangan upang makakuha ng tumpak na mga sukat na na-average ng oras.Ang mga istatistika ng vector ay inihambing para sa mga sample na naglalaman ng 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240, at 280 na larawan.Ang isang sample na laki ng 240 mga imahe ay natagpuan upang magbigay ng matatag na oras-average na mga resulta dahil ang bawat larawan ay binubuo ng dalawang mga frame.
Dahil ang daloy sa flocculator ay magulong, isang maliit na window ng interogasyon at isang malaking bilang ng mga particle ay kinakailangan upang malutas ang maliliit na magulong istruktura.Ang ilang mga pag-ulit ng pagbabawas ng laki ay inilapat kasama ng isang cross-correlation algorithm upang matiyak ang katumpakan.Isang paunang laki ng window ng botohan na 48×48 pixels na may 50% na overlap at isang proseso ng adaptation ay sinundan ng isang panghuling laki ng window ng botohan na 32×32 pixels na may 100% overlap at dalawang proseso ng adaptation.Bilang karagdagan, ginamit ang mga glass hollow sphere bilang mga butil ng buto sa daloy, na nagpapahintulot ng hindi bababa sa 10 particle sa bawat window ng botohan.Ang PIV recording ay pinasimulan ng trigger source sa loob ng Programmable Timing Unit (PTU), na responsable sa pagpapatakbo at pag-synchronize ng laser source at ng camera.
Ang komersyal na CFD package na ANSYS Fluent v 19.1 ay ginamit upang bumuo ng 3D na modelo at malutas ang mga pangunahing equation ng daloy.
Gamit ang ANSYS-Fluent, nilikha ang isang 3D na modelo ng isang laboratory-scale paddle flocculator.Ang modelo ay ginawa sa anyo ng isang hugis-parihaba na kahon, na binubuo ng dalawang paddle wheels na naka-mount sa isang pahalang na axis, tulad ng modelo ng laboratoryo.Ang modelong walang freeboard ay 108 cm ang taas, 118 cm ang lapad at 138 cm ang haba.Ang isang pahalang na cylindrical na eroplano ay idinagdag sa paligid ng panghalo.Ang pagbuo ng cylindrical na eroplano ay dapat ipatupad ang pag-ikot ng buong mixer sa panahon ng yugto ng pag-install at gayahin ang umiikot na field ng daloy sa loob ng flocculator, tulad ng ipinapakita sa Fig. 3a.
3D ANSYS-fluent at model geometry diagram, ANSYS-fluent flocculator body mesh sa plane of interest, ANSYS-fluent diagram sa plane of interest.
Ang geometry ng modelo ay binubuo ng dalawang rehiyon, na ang bawat isa ay likido.Ito ay nakakamit gamit ang logical subtraction function.Ibawas muna ang silindro (kabilang ang mixer) mula sa kahon upang kumatawan sa likido.Pagkatapos ay ibawas ang panghalo mula sa silindro, na nagreresulta sa dalawang bagay: ang panghalo at ang likido.Sa wakas, isang sliding interface ang inilapat sa pagitan ng dalawang lugar: isang cylinder-cylinder interface at isang cylinder-mixer interface (Fig. 3a).
Ang meshing ng mga itinayong modelo ay nakumpleto upang matugunan ang mga kinakailangan ng mga modelo ng turbulence na gagamitin upang patakbuhin ang mga numerical simulation.Ang isang hindi nakabalangkas na mesh na may pinalawak na mga layer malapit sa solid na ibabaw ay ginamit.Gumawa ng mga expansion layer para sa lahat ng pader na may growth rate na 1.2 upang matiyak na ang mga kumplikadong pattern ng daloy ay nakukuha, na may kapal ng unang layer na \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m upang matiyak na \ ( {\text {y))^{+}\le 1.0\).Ang laki ng katawan ay inaayos gamit ang paraan ng pag-angkop ng tetrahedron.Isang front side size ng dalawang interface na may laki ng elemento na 2.5 × \({10}^{-3}\) m ay nalikha, at isang mixer front size na 9 × \({10}^{-3}\ ) m ay inilapat.Ang paunang nabuong mesh ay binubuo ng 2144409 elemento (Larawan 3b).
Ang dalawang-parameter na k–ε turbulence model ay pinili bilang paunang base model.Upang tumpak na gayahin ang umiikot na daloy sa loob ng flocculator, pinili ang isang mas mahal na modelo sa computation.Ang magulong swirling flow sa loob ng flocculator ay inimbestigahan ayon sa numero gamit ang dalawang modelo ng CFD: SST k–ω51 at IDDES52.Ang mga resulta ng parehong mga modelo ay inihambing sa mga pang-eksperimentong resulta ng PIV upang mapatunayan ang mga modelo.Una, ang SST k-ω turbulence model ay isang two-equation turbulent viscosity model para sa mga aplikasyon ng fluid dynamics.Ito ay isang hybrid na modelo na pinagsasama ang mga modelong Wilcox k-ω at k-ε.Ina-activate ng mixing function ang Wilcox model malapit sa dingding at ang k-ε model sa paparating na daloy.Tinitiyak nito na ang tamang modelo ay ginagamit sa buong field ng daloy.Tumpak nitong hinuhulaan ang paghihiwalay ng daloy dahil sa masamang gradient ng presyon.Pangalawa, napili ang pamamaraang Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES), na malawakang ginagamit sa modelong Individual Eddy Simulation (DES) na may modelong SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes).Ang IDDES ay isang hybrid na modelo ng RANS-LES (large eddy simulation) na nagbibigay ng isang mas flexible at user-friendly na resolution scaling (SRS) simulation model.Ito ay batay sa modelo ng LES upang lutasin ang malalaking eddies at babalik sa SST k-ω upang gayahin ang mga small scale eddies.Ang mga pagsusuri sa istatistika ng mga resulta mula sa mga simulation ng SST k–ω at IDDES ay inihambing sa mga resulta ng PIV upang mapatunayan ang modelo.
Ang dalawang-parameter na k–ε turbulence model ay pinili bilang paunang base model.Upang tumpak na gayahin ang umiikot na daloy sa loob ng flocculator, pinili ang isang mas mahal na modelo sa computation.Ang magulong swirling flow sa loob ng flocculator ay inimbestigahan ayon sa numero gamit ang dalawang modelo ng CFD: SST k–ω51 at IDDES52.Ang mga resulta ng parehong mga modelo ay inihambing sa mga pang-eksperimentong resulta ng PIV upang mapatunayan ang mga modelo.Una, ang SST k-ω turbulence model ay isang two-equation turbulent viscosity model para sa mga aplikasyon ng fluid dynamics.Ito ay isang hybrid na modelo na pinagsasama ang mga modelong Wilcox k-ω at k-ε.Ina-activate ng mixing function ang Wilcox model malapit sa dingding at ang k-ε model sa paparating na daloy.Tinitiyak nito na ang tamang modelo ay ginagamit sa buong field ng daloy.Tumpak nitong hinuhulaan ang paghihiwalay ng daloy dahil sa masamang gradient ng presyon.Pangalawa, napili ang pamamaraang Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES), na malawakang ginagamit sa modelong Individual Eddy Simulation (DES) na may modelong SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes).Ang IDDES ay isang hybrid na modelo ng RANS-LES (large eddy simulation) na nagbibigay ng isang mas flexible at user-friendly na resolution scaling (SRS) simulation model.Ito ay batay sa modelo ng LES upang lutasin ang malalaking eddies at babalik sa SST k-ω upang gayahin ang mga small scale eddies.Ang mga pagsusuri sa istatistika ng mga resulta mula sa mga simulation ng SST k–ω at IDDES ay inihambing sa mga resulta ng PIV upang mapatunayan ang modelo.
Gumamit ng transient solver na nakabatay sa presyon at gumamit ng gravity sa direksyon ng Y.Ang pag-ikot ay nakakamit sa pamamagitan ng pagtatalaga ng mesh motion sa mixer, kung saan ang pinagmulan ng rotation axis ay nasa gitna ng horizontal axis at ang direksyon ng rotation axis ay nasa Z direksyon.Ang isang mesh na interface ay nilikha para sa parehong mga interface ng geometry ng modelo, na nagreresulta sa dalawang hangganan ng mga gilid ng kahon.Tulad ng sa eksperimentong pamamaraan, ang bilis ng pag-ikot ay tumutugma sa 3 at 4 na rebolusyon.
Ang mga kondisyon ng hangganan para sa mga dingding ng panghalo at ang flocculator ay itinakda ng dingding, at ang tuktok na pagbubukas ng flocculator ay itinakda ng outlet na may zero gauge pressure (Fig. 3c).SIMPLE na pressure-velocity na scheme ng komunikasyon, discretization ng gradient space ng mga second-order na function kasama ang lahat ng parameter batay sa hindi bababa sa mga elemento ng squares.Ang convergence criterion para sa lahat ng flow variable ay ang scaled na natitirang 1 x \({10}^{-3}\).Ang maximum na bilang ng mga pag-ulit sa bawat hakbang sa oras ay 20, at ang laki ng hakbang sa oras ay tumutugma sa isang pag-ikot na 0.5°.Ang solusyon ay nagtatagpo sa ika-8 pag-ulit para sa modelong SST k–ω at sa ika-12 na pag-ulit gamit ang IDDES.Bilang karagdagan, ang bilang ng mga hakbang sa oras ay kinakalkula upang ang panghalo ay gumawa ng hindi bababa sa 12 rebolusyon.Ilapat ang data sampling para sa mga istatistika ng oras pagkatapos ng 3 pag-ikot, na nagbibigay-daan sa normalisasyon ng daloy, katulad ng pang-eksperimentong pamamaraan.Ang paghahambing ng output ng mga loop ng bilis para sa bawat rebolusyon ay nagbibigay ng eksaktong parehong mga resulta para sa huling apat na rebolusyon, na nagpapahiwatig na ang isang matatag na estado ay naabot na.Ang mga dagdag na rev ay hindi nagpabuti sa mga contour ng katamtamang bilis.
Tinukoy ang hakbang ng oras na may kaugnayan sa bilis ng pag-ikot, 3 rpm o 4 rpm.Ang hakbang ng oras ay pinipino sa oras na kinakailangan upang paikutin ang mixer ng 0.5°.Ito ay lumalabas na sapat, dahil ang solusyon ay madaling nagtatagpo, tulad ng inilarawan sa nakaraang seksyon.Kaya, ang lahat ng mga numerical na kalkulasyon para sa parehong mga modelo ng turbulence ay isinagawa gamit ang isang binagong hakbang ng oras na 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) para sa 3 rpm, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-} {3}\) 4 rpm.Para sa isang naibigay na hakbang sa oras ng pagpipino, ang numero ng Courant ng isang cell ay palaging mas mababa sa 1.0.
Upang galugarin ang pag-asa sa model-mesh, unang nakuha ang mga resulta gamit ang orihinal na 2.14M mesh at pagkatapos ay ang pinong 2.88M mesh.Nakakamit ang pagpipino ng grid sa pamamagitan ng pagbabawas ng laki ng cell ng mixer body mula 9 × \({10}^{-3}\) m hanggang 7 × \({10}^{-3}\) m.Para sa orihinal at pinong meshes ng dalawang modelong turbulence, ang mga average na halaga ng velocity modules sa iba't ibang lugar sa paligid ng blade ay inihambing.Ang porsyento ng pagkakaiba sa pagitan ng mga resulta ay 1.73% para sa modelong SST k–ω at 3.51% para sa modelong IDDES.Ang IDDES ay nagpapakita ng mas mataas na pagkakaiba sa porsyento dahil isa itong hybrid na modelo ng RANS-LES.Itinuring na hindi gaanong mahalaga ang mga pagkakaibang ito, kaya isinagawa ang simulation gamit ang orihinal na mesh na may 2.14 milyong elemento at isang hakbang sa oras ng pag-ikot na 0.5°.
Ang reproducibility ng mga eksperimentong resulta ay napagmasdan sa pamamagitan ng pagsasagawa ng bawat isa sa anim na eksperimento sa pangalawang pagkakataon at paghahambing ng mga resulta.Ihambing ang mga halaga ng bilis sa gitna ng talim sa dalawang serye ng mga eksperimento.Ang average na pagkakaiba sa porsyento sa pagitan ng dalawang pangkat na pang-eksperimento ay 3.1%.Ang sistema ng PIV ay nakapag-iisa ring na-recalibrate para sa bawat eksperimento.Ihambing ang analytically kalkuladong bilis sa gitna ng bawat blade sa bilis ng PIV sa parehong lokasyon.Ipinapakita ng paghahambing na ito ang pagkakaiba na may maximum na error na porsyento na 6.5% para sa blade 1.
Bago i-quantify ang slip factor, kinakailangan na siyentipikong maunawaan ang konsepto ng slip sa isang paddle flocculator, na nangangailangan ng pag-aaral ng istraktura ng daloy sa paligid ng paddles ng flocculator.Conceptually, ang slip coefficient ay binuo sa disenyo ng paddle flocculators upang isaalang-alang ang bilis ng mga blades na may kaugnayan sa tubig.Inirerekomenda ng literatura na ang bilis na ito ay 75% ng bilis ng talim, kaya karamihan sa mga disenyo ay karaniwang gumagamit ng ak ng 0.25 upang isaalang-alang ang pagsasaayos na ito.Nangangailangan ito ng paggamit ng mga streamline ng bilis na nagmula sa mga eksperimento ng PIV upang lubos na maunawaan ang field ng bilis ng daloy at pag-aralan ang slip na ito.Ang Blade 1 ay ang pinakaloob na blade na pinakamalapit sa shaft, ang blade 3 ay ang pinakalabas na blade, at ang blade 2 ay ang gitnang blade.
Ang velocity streamlines sa blade 1 ay nagpapakita ng direktang umiikot na daloy sa paligid ng blade.Ang mga pattern ng daloy na ito ay nagmumula sa isang punto sa kanang bahagi ng talim, sa pagitan ng rotor at ng talim.Sa pagtingin sa lugar na ipinahiwatig ng pulang tuldok na kahon sa Figure 4a, ito ay kagiliw-giliw na upang matukoy ang isa pang aspeto ng daloy ng recirculation sa itaas at sa paligid ng talim.Ang visualization ng daloy ay nagpapakita ng kaunting daloy sa recirculation zone.Ang daloy na ito ay lumalapit mula sa kanang bahagi ng talim sa taas na humigit-kumulang 6 cm mula sa dulo ng talim, posibleng dahil sa impluwensya ng unang talim ng kamay na nauuna sa talim, na makikita sa larawan.Ang visualization ng daloy sa 4 rpm ay nagpapakita ng parehong pag-uugali at istraktura, na tila may mas mataas na bilis.
Field ng bilis at kasalukuyang mga graph ng tatlong blades sa dalawang bilis ng pag-ikot na 3 rpm at 4 rpm.Ang maximum na average na bilis ng tatlong blades sa 3 rpm ay 0.15 m/s, 0.20 m/s at 0.16 m/s ayon sa pagkakabanggit, at ang maximum na average na bilis sa 4 rpm ay 0.15 m/s, 0.22 m/s at 0.22 m/ s, ayon sa pagkakabanggit.sa tatlong sheet.
Ang isa pang anyo ng helical flow ay natagpuan sa pagitan ng vanes 1 at 2. Ang vector field ay malinaw na nagpapakita na ang daloy ng tubig ay gumagalaw paitaas mula sa ilalim ng vane 2, gaya ng ipinahiwatig ng direksyon ng vector.Tulad ng ipinakita ng may tuldok na kahon sa Fig. 4b, ang mga vector na ito ay hindi tumataas nang patayo mula sa ibabaw ng talim, ngunit lumiko sa kanan at unti-unting bumababa.Sa ibabaw ng talim 1, ang mga pababang vector ay nakikilala, na lumalapit sa parehong mga blades at pumapalibot sa kanila mula sa daloy ng recirculation na nabuo sa pagitan nila.Ang parehong istraktura ng daloy ay tinutukoy sa parehong bilis ng pag-ikot na may mas mataas na amplitude ng bilis na 4 rpm.
Ang velocity field ng blade 3 ay hindi gumagawa ng makabuluhang kontribusyon mula sa velocity vector ng nakaraang blade na sumasali sa daloy sa ibaba ng blade 3. Ang pangunahing daloy sa ilalim ng blade 3 ay dahil sa vertical velocity vector na tumataas kasama ng tubig.
Ang mga velocity vectors sa ibabaw ng blade 3 ay maaaring hatiin sa tatlong grupo, tulad ng ipinapakita sa Fig. 4c.Ang unang set ay ang set sa kanang gilid ng talim.Ang istraktura ng daloy sa posisyong ito ay diretso sa kanan at pataas (ibig sabihin, patungo sa talim 2).Ang pangalawang pangkat ay ang gitna ng talim.Ang velocity vector para sa posisyong ito ay nakadirekta pataas, nang walang anumang paglihis at walang pag-ikot.Ang pagbaba sa halaga ng bilis ay natukoy na may pagtaas sa taas sa itaas ng dulo ng talim.Para sa ikatlong pangkat, na matatagpuan sa kaliwang periphery ng mga blades, ang daloy ay agad na nakadirekta sa kaliwa, ibig sabihin, sa dingding ng flocculator.Karamihan sa daloy na kinakatawan ng velocity vector ay tumataas, at bahagi ng daloy ay pahalang na pababa.
Dalawang modelo ng turbulence, SST k–ω at IDDES, ang ginamit upang makabuo ng time-averaged velocity profile para sa 3 rpm at 4 rpm sa blade mean length plane.Tulad ng ipinapakita sa Figure 5, ang matatag na estado ay nakakamit sa pamamagitan ng pagkamit ng ganap na pagkakapareho sa pagitan ng mga contour ng bilis na nilikha ng apat na magkakasunod na pag-ikot.Sa karagdagan, ang time-averaged velocity contours na nabuo ng IDDES ay ipinapakita sa Fig. 6a, habang ang time-averaged velocity profiles na nabuo ng SST k – ω ay ipinapakita sa Fig. 6a.6b.
Gamit ang IDDES at time-averaged velocity loops na nabuo ng SST k–ω, ang IDDES ay may mas mataas na proporsyon ng velocity loops.
Maingat na suriin ang profile ng bilis na nilikha gamit ang IDDES sa 3 rpm tulad ng ipinapakita sa Figure 7. Ang mixer ay umiikot nang pakanan at ang daloy ay tinatalakay ayon sa mga tala na ipinakita.
Sa fig.7 makikita na sa ibabaw ng talim 3 sa I quadrant ay mayroong paghihiwalay ng daloy, dahil ang daloy ay hindi napipigilan dahil sa pagkakaroon ng itaas na butas.Sa quadrant II walang paghihiwalay ng daloy ang sinusunod, dahil ang daloy ay ganap na limitado ng mga dingding ng flocculator.Sa quadrant III, ang tubig ay umiikot sa mas mababa o mas mababang bilis kaysa sa mga nakaraang quadrant.Ang tubig sa quadrants I at II ay inilipat (ibig sabihin, iniikot o itinulak palabas) pababa sa pamamagitan ng pagkilos ng mixer.At sa quadrant III, ang tubig ay itinutulak palabas ng mga blades ng agitator.Malinaw na ang masa ng tubig sa lugar na ito ay lumalaban sa papalapit na manggas ng flocculator.Ang umiikot na daloy sa quadrant na ito ay ganap na nakahiwalay.Para sa quadrant IV, karamihan sa airflow sa itaas ng vane 3 ay nakadirekta patungo sa flocculator wall at unti-unting nawawala ang laki nito habang ang taas ay tumataas sa tuktok na pagbubukas.
Bilang karagdagan, ang gitnang lokasyon ay may kasamang kumplikadong mga pattern ng daloy na nangingibabaw sa mga quadrant III at IV, tulad ng ipinapakita ng mga asul na tuldok na ellipse.Ang minarkahang lugar na ito ay walang kinalaman sa umiikot na daloy sa paddle flocculator, dahil makikilala ang swirling motion.Kabaligtaran ito sa mga quadrant I at II kung saan mayroong malinaw na paghihiwalay sa pagitan ng panloob na daloy at buong pag-ikot na daloy.
Gaya ng ipinapakita sa fig.6, kung ihahambing ang mga resulta ng IDDES at SST k-ω, ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga contours ng bilis ay ang magnitude ng bilis na nasa ibaba kaagad ng blade 3. Ang modelo ng SST k-ω ay malinaw na nagpapakita na ang pinalawig na high-velocity na daloy ay dinadala ng blade 3 kumpara sa IDDES.
Ang isa pang pagkakaiba ay matatagpuan sa quadrant III.Mula sa IDDES, tulad ng nabanggit kanina, ang paghihiwalay ng rotational flow sa pagitan ng mga arm ng flocculator ay nabanggit.Gayunpaman, ang posisyon na ito ay malakas na apektado ng mababang bilis ng daloy mula sa mga sulok at sa loob ng unang talim.Mula sa SST k–ω para sa parehong lokasyon, ang mga linya ng contour ay nagpapakita ng medyo mas mataas na bilis kumpara sa IDDES dahil walang confluent flow mula sa ibang mga rehiyon.
Ang isang husay na pag-unawa sa mga field at streamline ng bilis ng vector ay kinakailangan para sa isang tamang pag-unawa sa gawi at istraktura ng daloy.Dahil ang bawat blade ay 5 cm ang lapad, pitong velocity point ang pinili sa lapad upang magbigay ng isang representasyong profile ng bilis.Bilang karagdagan, ang isang quantitative na pag-unawa sa magnitude ng velocity bilang isang function ng taas sa ibabaw ng blade surface ay kinakailangan sa pamamagitan ng pag-plot ng velocity profile nang direkta sa ibabaw ng bawat blade surface at sa isang tuluy-tuloy na distansya na 2.5 cm patayo hanggang sa taas na 10 cm.Tingnan ang S1, S2 at S3 sa figure para sa karagdagang impormasyon.Appendix A. Ipinapakita ng Figure 8 ang pagkakapareho ng surface velocity distribution ng bawat blade (Y = 0.0) na nakuha gamit ang PIV experiments at ANSYS-Fluent analysis gamit ang IDDES at SST k-ω.Ang parehong mga numerical na modelo ay ginagawang posible na tumpak na gayahin ang istraktura ng daloy sa ibabaw ng mga blades ng flocculator.
Ang mga pamamahagi ng bilis ng PIV, IDDES at SST k–ω sa ibabaw ng blade.Kinakatawan ng x-axis ang lapad ng bawat sheet sa millimeters, na ang pinagmulan (0 mm) ay kumakatawan sa kaliwang periphery ng sheet at ang dulo (50 mm) ay kumakatawan sa kanang periphery ng sheet.
Malinaw na nakikita na ang mga pamamahagi ng bilis ng mga blades 2 at 3 ay ipinapakita sa Fig.8 at Fig.8.Ang S2 at S3 sa Appendix A ay nagpapakita ng magkatulad na mga uso na may taas, habang ang blade 1 ay nagbabago nang nakapag-iisa.Ang mga profile ng bilis ng mga blades 2 at 3 ay nagiging ganap na tuwid at may parehong amplitude sa taas na 10 cm mula sa dulo ng talim.Nangangahulugan ito na ang daloy ay nagiging pare-pareho sa puntong ito.Ito ay malinaw na nakikita mula sa mga resulta ng PIV, na mahusay na ginawa ng mga IDDES.Samantala, ang mga resulta ng SST k–ω ay nagpapakita ng ilang pagkakaiba, lalo na sa 4 rpm.
Mahalagang tandaan na ang blade 1 ay nagpapanatili ng parehong hugis ng profile ng bilis sa lahat ng mga posisyon at hindi na-normalize ang taas, dahil ang swirl na nabuo sa gitna ng mixer ay naglalaman ng unang talim ng lahat ng mga armas.Gayundin, kumpara sa IDDES, ang PIV blade speed profile 2 at 3 ay nagpakita ng bahagyang mas mataas na halaga ng bilis sa karamihan ng mga lokasyon hanggang sa halos magkapantay sila sa 10 cm sa itaas ng blade surface.
Oras ng post: Peb-26-2023