Matur nuwun kanggo ngunjungi Nature.com.Sampeyan nggunakake versi browser kanthi dhukungan CSS winates.Kanggo pengalaman paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer).Kajaba iku, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita nuduhake situs kasebut tanpa gaya lan JavaScript.
Tipe 316Ti (UNS 31635) yaiku baja tahan karat kromium-nikel austenitik stabil Titanium sing ngemot molibdenum.Tambahan iki nambah resistance karat, nambah resistance kanggo pitting solusi ion klorida lan nambah kekuatan ing suhu munggah pangkat.Properti kasebut padha karo jinis 316 kajaba 316Ti amarga tambahan Titanium bisa digunakake ing suhu sensitisasi sing dhuwur.Ketahanan korosi luwih apik, utamane nglawan asam sulfat, hidroklorat, asetat, format lan tartarat, asam sulfat lan klorida alkalin.
Komposisi kimia:
| 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 |
Properties: Annealed:
Kekuwatan Tarik Ultimate: 75 KSI min (515 MPa min)
Kekuwatan Ngasilake: (0,2% Offset) 30 KSI min (205 MPa min)
Elongation: 40% min
Ketebalan: Rb 95 maks
Slider nuduhake telung artikel saben slide.Gunakake tombol mburi lan sabanjuré kanggo mindhah liwat minger, utawa tombol controller geser ing mburi kanggo mindhah liwat saben geser.
Ing panliten iki, hidrodinamika flokulasi dievaluasi kanthi investigasi eksperimen lan numerik saka medan kecepatan aliran turbulen ing flokulator paddle skala laboratorium.Aliran turbulen sing nyengkuyung agregasi partikel utawa pecahan floc rumit lan dianggep lan dibandhingake ing makalah iki nggunakake rong model turbulensi, yaiku SST k-ω lan IDDES.Asil nuduhake yen IDDES menehi dandan cilik banget liwat SST k-ω, kang cukup kanggo akurat simulasi aliran ing flocculator paddle.Skor pas digunakake kanggo neliti konvergensi asil PIV lan CFD, lan kanggo mbandhingake asil model turbulensi CFD sing digunakake.Panaliten kasebut uga fokus ing ngitung faktor slip k, yaiku 0,18 kanthi kecepatan kurang 3 lan 4 rpm dibandhingake karo nilai khas 0,25.Ngurangi k saka 0,25 dadi 0,18 nambah daya sing dikirim menyang cairan kira-kira 27-30% lan nambah gradien kecepatan (G) kira-kira 14%.Iki tegese luwih agitasi diwenehake tinimbang sing dikarepake, mula kurang energi sing dikonsumsi lan mulane konsumsi energi ing unit flokulasi pabrik perawatan banyu bisa luwih murah.
Ing pemurnian banyu, tambahan koagulan ngrusak partikel koloid lan impurities cilik, sing banjur gabung dadi flokulasi ing tahap flokulasi.Flakes minangka agregat massa fraktal sing diikat kanthi longgar, sing banjur dicopot kanthi ngenggoni.Sifat partikel lan kahanan campuran cair nemtokake efisiensi flokulasi lan proses perawatan.Flokulasi mbutuhake agitasi alon kanggo wektu sing relatif cendhak lan akeh energi kanggo agitation volume gedhe banyu1.
Sajrone flokulasi, hidrodinamika kabeh sistem lan kimia interaksi koagulan-partikel nemtokake tingkat distribusi ukuran partikel stasioner bisa diraih2.Nalika partikel tabrakan, padha nempel siji liyane3.Oyegbile, Ay4 kacarita tabrakan gumantung ing mekanisme transportasi flocculation saka difusi Brownian, nyukur adi lan diferensial penyelesaian.Nalika serpihan tabrakan, padha tuwuh lan tekan wates ukuran tartamtu, sing bisa nyebabake pecah, amarga serpihan kasebut ora bisa nahan gaya hidrodinamik5.Sawetara serpihan sing rusak iki gabung maneh dadi luwih cilik utawa ukurane padha6.Nanging, flakes kuwat bisa nolak pasukan iki lan njaga ukuran lan malah tuwuh7.Yukselen lan Gregory8 nglaporake babagan studi sing ana hubungane karo karusakan saka flakes lan kemampuane kanggo regenerasi, nuduhake yen ora bisa dibatalake diwatesi.Bridgeman, Jefferson9 nggunakake CFD kanggo ngira pengaruh lokal aliran rata-rata lan turbulensi ing tatanan floc lan fragmentasi liwat gradien kecepatan lokal.Ing tank sing dilengkapi bilah rotor, kudu beda-beda kacepetan ing agregat tabrakan karo partikel liyane nalika cukup destabilized ing fase koagulasi.Kanthi nggunakake CFD lan kacepetan rotasi ngisor watara 15 rpm, Vadasarukkai lan Gagnon11 bisa entuk nilai G kanggo flokulasi paddle conical, saéngga nyilikake konsumsi daya kanggo agitation.Nanging, operasi ing nilai G sing luwih dhuwur bisa nyebabake flokulasi.Padha nyelidiki efek saka kacepetan nyawiji ing nentokake gradien kecepatan rata-rata saka flocculator paddle pilot.Padha muter ing kacepetan luwih saka 5 rpm.
Korpijärvi, Ahlstedt12 nggunakake papat model turbulensi sing beda kanggo nyinaoni lapangan aliran ing bench test tank.Dheweke ngukur lapangan aliran kanthi anemometer Doppler laser lan PIV lan mbandhingake asil sing diwilang karo asil sing diukur.de Oliveira lan Donadel13 wis ngusulake cara alternatif kanggo ngira gradien kecepatan saka sifat hidrodinamika nggunakake CFD.Cara sing diusulake diuji ing enem unit flokulasi adhedhasar geometri heliks.ngevaluasi efek wektu retensi ing flokulan lan ngusulake model flokulasi sing bisa digunakake minangka alat kanggo ndhukung desain sel rasional kanthi wektu retensi sing sithik14.Zhan, You15 ngusulake model imbangan CFD lan populasi kanggo simulasi karakteristik aliran lan prilaku floc ing flokulasi skala penuh.Llano-Serna, Coral-Portillo16 nyelidiki karakteristik aliran saka hydroflocculator tipe Cox ing pabrik perawatan banyu ing Viterbo, Kolombia.Senajan CFD nduweni kaluwihan, ana uga watesan kayata kesalahan numerik ing petungan.Mula, asil numerik apa wae sing dipikolehi kudu ditliti lan dianalisis kanthi tliti kanggo nggawe kesimpulan kritis17.Ana sawetara studi ing literatur babagan desain flokulator baffle horisontal, dene rekomendasi kanggo desain flokulator hidrodinamik diwatesi18.Chen, Liao19 nggunakake persiyapan eksperimen adhedhasar panyebaran cahya polarisasi kanggo ngukur kahanan polarisasi cahya sing kasebar saka partikel individu.Feng, Zhang20 nggunakake Ansys-Fluent kanggo simulasi distribusi arus eddy lan swirl ing lapangan aliran flocculator plate coagulated lan flocculator inter-corrugated.Sawise simulasi aliran cairan turbulen ing flokulator nggunakake Ansys-Fluent, Gavi21 nggunakake asil kanggo desain flocculator.Vaneli lan Teixeira22 nglapurake yen hubungan antara dinamika fluida flokulator tabung spiral lan proses flokulasi isih kurang dimangerteni kanggo ndhukung desain rasional.de Oliveira lan Costa Teixeira23 nyinaoni efisiensi lan nduduhake sifat hidrodinamika flokulator tabung spiral liwat eksperimen fisika lan simulasi CFD.Akeh peneliti wis sinau reaktor tabung coiled utawa flocculator tabung coiled.Nanging, informasi hidrodinamika rinci babagan respon reaktor kasebut kanggo macem-macem desain lan kondisi operasi isih kurang (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Oliveira lan Teixeira26 nampilake asil asli saka simulasi teoritis, eksperimen lan CFD saka flokulator spiral.Oliveira lan Teixeira27 ngusulake nggunakake kumparan spiral minangka reaktor koagulasi-flokulasi ing kombinasi karo sistem decanter konvensional.Dheweke nglaporake manawa asil sing dipikolehi kanggo efisiensi ngilangi kekeruhan beda banget karo model sing umum digunakake kanggo ngevaluasi flokulasi, menehi saran supaya ati-ati nalika nggunakake model kasebut.Moruzzi lan de Oliveira [28] modhèl prilaku sistem kamar flokulasi sing terus-terusan ing macem-macem kondisi operasi, kalebu variasi ing jumlah kamar sing digunakake lan panggunaan gradien kecepatan sel sing tetep utawa skala.Romphophak, Le Men29 PIV pangukuran kecepatan cepet ing pembersih jet kuasi rong dimensi.Dheweke nemokake sirkulasi jet-induced sing kuat ing zona flokulasi lan ngira tingkat geser lokal lan cepet.
Shah, Joshi30 nglaporake manawa CFD nawakake alternatif sing menarik kanggo nambah desain lan entuk karakteristik aliran virtual.Iki mbantu ngindhari persiyapan eksperimen sing ekstensif.CFD tambah akeh digunakake kanggo nganalisa pabrik pengolahan banyu lan limbah (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).Sawetara peneliti wis nindakake eksperimen ing peralatan tes bisa (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) lan flokulator disk berlubang31.Liyane wis nggunakake CFD kanggo ngevaluasi hydroflocculators (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Ghawi21 nglaporake manawa flokulator mekanik mbutuhake pangopènan rutin amarga asring rusak lan mbutuhake listrik sing akeh.
Kinerja flokulator paddle gumantung banget marang hidrodinamika reservoir.Kurang pangerten kuantitatif babagan bidang kecepatan aliran ing flokulator kasebut kanthi jelas kacathet ing literatur (Howe, Hand38; Hendricks39).Kabeh massa banyu tundhuk gerakan impeller flocculator, supaya slippage samesthine.Biasane, kecepatan fluida kurang saka kecepatan blade kanthi faktor slip k, sing ditemtokake minangka rasio kecepatan awak banyu menyang kecepatan roda paddle.Bhole40 nglapurake yen ana telung faktor sing ora dingerteni sing kudu ditimbang nalika ngrancang flokulator, yaiku gradien kecepatan, koefisien seret, lan kecepatan relatif banyu relatif marang bilah.
Camp41 laporan yen nimbang mesin kacepetan dhuwur, kacepetan kira-kira 24% saka kacepetan rotor lan minangka dhuwur minangka 32% kanggo mesin kacepetan kurang.Yen ora ana septa, Droste lan Ger42 nggunakake nilai ak 0,25, dene ing kasus septa, k antara 0 nganti 0,15.Howe, Hand38 nyaranake yen k ana ing kisaran 0,2 nganti 0,3.Hendrix39 nggandhengake faktor slip karo kecepatan rotasi nggunakake rumus empiris lan nyimpulake yen faktor slip uga ana ing kisaran sing ditetepake dening Camp41.Bratby43 nglapurake yen k kira-kira 0,2 kanggo kecepatan impeller saka 1,8 nganti 5,4 rpm lan mundhak dadi 0,35 kanggo kecepatan impeller saka 0,9 nganti 3 rpm.Peneliti liyane nglaporake macem-macem nilai koefisien seret (Cd) saka 1.0 nganti 1.8 lan nilai koefisien slip k saka 0.25 nganti 0.40 (Feir lan Geyer44; Hyde lan Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; lan Bratby lan Marais48. ).Literatur ora nuduhake kemajuan sing signifikan ing nemtokake lan ngitung k wiwit karya Camp41.
Proses flokulasi adhedhasar turbulensi kanggo nggampangake tabrakan, ing ngendi gradien kecepatan (G) digunakake kanggo ngukur turbulensi / flokulasi.Campuran yaiku proses nyebarake bahan kimia kanthi cepet lan merata ing banyu.Tingkat pencampuran diukur kanthi gradien kecepatan:
ing ngendi G = gradien kecepatan (sec-1), P = input daya (W), V = volume banyu (m3), μ = viskositas dinamis (Pa s).
Sing luwih dhuwur nilai G, luwih akeh campuran.Campuran lengkap penting kanggo njamin koagulasi seragam.Literatur nuduhake yen paramèter desain sing paling penting yaiku wektu campuran (t) lan gradien kecepatan (G).Proses flokulasi adhedhasar turbulensi kanggo nggampangake tabrakan, ing ngendi gradien kecepatan (G) digunakake kanggo ngukur turbulensi / flokulasi.Nilai desain khas kanggo G yaiku 20 nganti 70 s–1, t yaiku 15 nganti 30 menit, lan Gt (tanpa dimensi) yaiku 104 nganti 105. Tank campuran cepet paling apik karo nilai G saka 700 nganti 1000, kanthi wektu tetep bab 2 menit.
ing ngendi P yaiku daya sing diwenehake marang cairan dening saben glathi flocculator, N yaiku kecepatan rotasi, b yaiku dawa bilah, ρ yaiku kerapatan banyu, r yaiku radius, lan k minangka koefisien slip.Persamaan iki ditrapake kanggo saben lading kanthi individu lan asil dijumlahake kanggo menehi input daya total saka flocculator.Sinau kanthi ati-ati babagan persamaan iki nuduhake pentinge faktor slip k ing proses desain flokulator paddle.Literatur ora nyatakake nilai k sing pas, nanging nyaranake sawetara kaya sing wis kasebut sadurunge.Nanging, hubungan antarane daya P lan koefisien slip k iku kubik.Mangkono, kasedhiya yen kabeh paramèter padha, contone, ngganti k saka 0,25 kanggo 0,3 bakal mimpin kanggo nyuda ing daya ditularaké kanggo adi saben agul-agul dening bab 20%, lan ngurangi k saka 0,25 kanggo 0,18 bakal nambah dheweke.dening bab 27-30% saben vane Daya imparted kanggo adi.Pungkasane, efek k ing desain flokulator paddle sustainable kudu diselidiki liwat kuantifikasi teknis.
Kuantifikasi empiris sing akurat saka slippage mbutuhake visualisasi lan simulasi aliran.Mulane, penting kanggo njlèntrèhaké kacepetan tangensial saka agul-agul ing banyu ing kacepetan rotasi tartamtu ing jarak radial beda saka batang lan ing ambane beda saka lumahing banyu kanggo ngevaluasi efek saka posisi agul-agul beda.
Ing panliten iki, hidrodinamika flokulasi dievaluasi kanthi investigasi eksperimen lan numerik saka medan kecepatan aliran turbulen ing flokulator paddle skala laboratorium.Pangukuran PIV dicathet ing flokulator, nggawe kontur kecepatan rata-rata wektu sing nuduhake kecepatan partikel banyu ing sakubenge godhong.Kajaba iku, ANSYS-Fluent CFD digunakake kanggo simulasi aliran swirling ing flocculator lan nggawe kontur kecepatan rata-rata wektu.Model CFD sing diasilake dikonfirmasi kanthi ngevaluasi korespondensi antarane asil PIV lan CFD.Fokus karya iki kanggo ngitung koefisien slip k, yaiku parameter desain tanpa dimensi saka flokulator paddle.Karya sing disajikake ing kene nyedhiyakake basis anyar kanggo ngitung koefisien slip k kanthi kecepatan kurang 3 rpm lan 4 rpm.Implikasi asil langsung nyumbang kanggo pangerten sing luwih apik babagan hidrodinamika tank flokulasi.
Flokulator laboratorium kasusun saka kothak persegi dowo ndhuwur mbukak kanthi dhuwur sakabèhé 147 cm, dhuwuré 39 cm, jembaré sakabèhé 118 cm, lan dawa sakabèhé 138 cm (Gambar 1).Kriteria desain utama sing dikembangake dening Camp49 digunakake kanggo ngrancang flokulator paddle skala laboratorium lan ngetrapake prinsip analisis dimensi.Fasilitas eksperimen dibangun ing Laboratorium Teknik Lingkungan Universitas Amerika Libanon (Byblos, Lebanon).
Sumbu horisontal dumunung ing dhuwur 60 cm saka ngisor lan nampung rong roda paddle.Saben rodha paddle dumadi saka 4 paddle karo 3 paddle ing saben paddle kanggo total 12 paddles.Flocculation mbutuhake agitasi alus ing kacepetan kurang saka 2 kanggo 6 rpm.Kacepetan campuran sing paling umum ing flokulator yaiku 3 rpm lan 4 rpm.Aliran flokulator skala laboratorium dirancang kanggo makili aliran ing kompartemen tangki flokulasi ing pabrik perawatan banyu ngombe.Daya diitung nggunakake persamaan tradisional 42 .Kanggo kaloro kecepatan rotasi, gradien kacepetan \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) luwih gedhe tinimbang 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) , nomer Reynolds nuduhake aliran turbulen (Tabel 1).
PIV digunakake kanggo entuk pangukuran akurat lan kuantitatif vektor kecepatan fluida bebarengan ing jumlah poin sing akeh banget50.Persiyapan eksperimen kalebu flokulator paddle skala lab, sistem LaVision PIV (2017), lan pemicu sensor laser eksternal Arduino.Kanggo nggawe profil kecepatan rata-rata wektu, gambar PIV direkam kanthi urutan ing lokasi sing padha.Sistem PIV dikalibrasi supaya area target ana ing titik tengah dawa saben telung lading saka lengen paddle tartamtu.Pemicu external kasusun saka laser dumunung ing sisih siji saka jembaré flocculator lan panrima sensor ing sisih liyane.Saben lengen flocculator mblokir jalur laser, sinyal dikirim menyang sistem PIV kanggo njupuk gambar nganggo laser PIV lan kamera sing disinkronake karo unit wektu sing bisa diprogram.Ing anjir.2 nuduhake instalasi sistem PIV lan proses akuisisi gambar.
Rekaman PIV diwiwiti sawise flokulator dioperasikake sajrone 5-10 menit kanggo normalake aliran lan nganggep lapangan indeks bias sing padha.Kalibrasi wis ngrambah kanthi nggunakake piring kalibrasi nyemplungaken ing flocculator lan diselehake ing midpoint dawa agul-agul saka kapentingan.Nyetel posisi laser PIV kanggo mbentuk sheet cahya flat langsung ndhuwur piring kalibrasi.Rekam nilai sing diukur kanggo saben kacepetan rotasi saben lading, lan kecepatan rotasi sing dipilih kanggo eksperimen yaiku 3 rpm lan 4 rpm.
Kanggo kabeh rekaman PIV, interval wektu antarane rong pulsa laser disetel ing kisaran saka 6900 nganti 7700 µs, sing ngidini pamindahan partikel minimal 5 piksel.Tes pilot ditindakake babagan jumlah gambar sing dibutuhake kanggo entuk pangukuran rata-rata wektu sing akurat.Statistik vektor dibandhingake kanggo conto sing ngemot 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240, lan 280 gambar.Ukuran sampel 240 gambar ditemokake kanggo menehi asil rata-rata wektu sing stabil amarga saben gambar kasusun saka rong pigura.
Wiwit aliran ing flocculator iku turbulen, jendhela interogasi cilik lan nomer akeh partikel dibutuhake kanggo mutusake masalah struktur turbulen cilik.Sawetara pengulangan pangurangan ukuran ditrapake bebarengan karo algoritma korélasi silang kanggo njamin akurasi.Ukuran jendhela polling awal 48×48 piksel kanthi tumpang tindih 50% lan siji proses adaptasi diterusake karo ukuran jendhela polling pungkasan 32×32 piksel kanthi tumpang tindih 100% lan rong proses adaptasi.Kajaba iku, bola kaca kothong digunakake minangka partikel wiji ing aliran, sing ngidini paling sethithik 10 partikel saben jendhela polling.Rekaman PIV diwiwiti kanthi sumber pemicu ing Unit Timing Programmable (PTU), sing tanggung jawab kanggo operasi lan nyinkronake sumber laser lan kamera.
Paket CFD komersial ANSYS Fluent v 19.1 digunakake kanggo ngembangake model 3D lan ngrampungake persamaan aliran dhasar.
Nggunakake ANSYS-Fluent, model 3D saka flokulator paddle skala laboratorium digawe.Model digawe ing wangun kothak persegi dowo, dumadi saka rong rodha paddle dipasang ing sumbu horisontal, kaya model laboratorium.Model tanpa freeboard dhuwuré 108 cm, ambane 118 cm lan dawane 138 cm.A bidang silinder horisontal wis ditambahake sak mixer.Generasi pesawat silinder kudu ngleksanakake rotasi kabeh mixer sak phase instalasi lan simulasi lapangan aliran puteran nang flocculator ing, minangka ditampilake ing Fig.. 3a.
3D ANSYS-fasih lan diagram geometri model, ANSYS-fasih flocculator bolong awak ing bidang kapentingan, ANSYS-fasih diagram ing bidang kapentingan.
Geometri model kasusun saka rong wilayah, sing saben ana cairan.Iki ditindakake kanthi nggunakake fungsi pengurangan logis.Pisanan nyuda silinder (kalebu mixer) saka kothak kanggo makili cairan kasebut.Banjur nyuda mixer saka silinder, ngasilake rong obyek: mixer lan cairan.Akhire, antarmuka ngusapake iki Applied antarane rong wilayah: antarmuka silinder-silinder lan antarmuka silinder-mixer (Fig. 3a).
Meshing saka model sing dibangun wis rampung kanggo nyukupi syarat model turbulensi sing bakal digunakake kanggo nglakokake simulasi numerik.Bolong sing ora kabentuk kanthi lapisan sing ditambahi ing cedhak permukaan padhet digunakake.Gawe lapisan ekspansi kanggo kabeh tembok kanthi tingkat wutah 1,2 kanggo mesthekake yen pola aliran kompleks dijupuk, kanthi kekandelan lapisan pisanan \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m kanggo mesthekake yen \ ({\text {y))^{+}\le 1.0\).Ukuran awak disetel nggunakake metode pas tetrahedron.Ukuran sisih ngarep rong antarmuka kanthi ukuran unsur 2,5 × \({10}^{-3}\) m digawe, lan ukuran ngarep mixer 9 × \({10}^{-3}\ ) m ditrapake.Bolong sing digawe dhisikan dumadi saka 2144409 unsur (Gambar 3b).
Model turbulensi k-ε rong parameter dipilih minangka model basis awal.Kanggo simulasi aliran swirling ing flocculator kanthi akurat, model sing luwih larang komputasi dipilih.Aliran swirling turbulen ing jero flokulator diselidiki kanthi numerik nggunakake rong model CFD: SST k–ω51 lan IDDES52.Asil saka loro model dibandhingake karo asil eksperimen PIV kanggo validasi model.Kaping pisanan, model turbulensi k-ω SST minangka model viskositas turbulen rong persamaan kanggo aplikasi dinamika fluida.Iki minangka model hibrida sing nggabungake model Wilcox k-ω lan k-ε.Fungsi mixing ngaktifake model Wilcox cedhak tembok lan model k-ε ing aliran sing bakal teka.Iki mesthekake yen model sing bener digunakake ing saindhenging lapangan aliran.Iki kanthi akurat prédhiksi pamisahan aliran amarga gradien tekanan sing ala.Kapindho, metode Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES), sing akeh digunakake ing model Individual Eddy Simulation (DES) kanthi model SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes), dipilih.IDDES minangka model hibrida RANS-LES (simulasi eddy gedhe) sing nyedhiyakake model simulasi skala resolusi (SRS) sing luwih fleksibel lan pangguna-loropaken.Iki adhedhasar model LES kanggo ngatasi pusaran gedhe lan bali menyang SST k-ω kanggo simulasi pusaran skala cilik.Analisis statistik saka asil saka simulasi SST k–ω lan IDDES dibandhingake karo asil PIV kanggo validasi model.
Model turbulensi k-ε rong parameter dipilih minangka model basis awal.Kanggo simulasi aliran swirling ing flocculator kanthi akurat, model sing luwih larang komputasi dipilih.Aliran swirling turbulen ing jero flokulator diselidiki kanthi numerik nggunakake rong model CFD: SST k–ω51 lan IDDES52.Asil saka loro model dibandhingake karo asil eksperimen PIV kanggo validasi model.Kaping pisanan, model turbulensi k-ω SST minangka model viskositas turbulen rong persamaan kanggo aplikasi dinamika fluida.Iki minangka model hibrida sing nggabungake model Wilcox k-ω lan k-ε.Fungsi mixing ngaktifake model Wilcox cedhak tembok lan model k-ε ing aliran sing bakal teka.Iki mesthekake yen model sing bener digunakake ing saindhenging lapangan aliran.Iki kanthi akurat prédhiksi pamisahan aliran amarga gradien tekanan sing ala.Kapindho, metode Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES), sing akeh digunakake ing model Individual Eddy Simulation (DES) kanthi model SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes), dipilih.IDDES minangka model hibrida RANS-LES (simulasi eddy gedhe) sing nyedhiyakake model simulasi skala resolusi (SRS) sing luwih fleksibel lan pangguna-loropaken.Iki adhedhasar model LES kanggo ngatasi pusaran gedhe lan bali menyang SST k-ω kanggo simulasi pusaran skala cilik.Analisis statistik saka asil saka simulasi SST k–ω lan IDDES dibandhingake karo asil PIV kanggo validasi model.
Gunakake solver transien adhedhasar tekanan lan gunakake gravitasi ing arah Y.Rotasi digayuh kanthi menehi gerakan bolong menyang mixer, ing ngendi asal saka sumbu rotasi ana ing tengah sumbu horisontal lan arah sumbu rotasi ing arah Z.Antarmuka bolong digawe kanggo loro antarmuka geometri model, sing ngasilake rong pinggiran kothak.Kaya ing teknik eksperimen, kecepatan rotasi cocog karo 3 lan 4 revolusi.
Kondisi wates kanggo tembok mixer lan flocculator disetel dening tembok, lan bukaan ndhuwur flocculator disetel dening stopkontak kanthi tekanan nol gauge (Fig. 3c).Skema komunikasi tekanan-kecepatan SIMPLE, diskritisasi ruang gradien fungsi urutan kapindho kanthi kabeh paramèter adhedhasar unsur kothak paling sithik.Kriteria konvergensi kanggo kabeh variabel aliran yaiku skala residual 1 x \({10}^{-3}\).Jumlah maksimum pengulangan saben langkah wektu yaiku 20, lan ukuran langkah wektu cocog karo rotasi 0,5 °.Solusi kasebut konvergen ing iterasi kaping 8 kanggo model SST k–ω lan ing iterasi kaping 12 nggunakake IDDES.Kajaba iku, jumlah langkah wektu diwilang supaya mixer digawe paling sethithik 12 revolusi.Aplikasi sampling data kanggo statistik wektu sawise 3 rotasi, sing ngidini normalisasi aliran, padha karo prosedur eksperimen.Mbandhingake output puteran kacepetan kanggo saben revolusi menehi asil sing padha kanggo patang revolusi pungkasan, nuduhake yen negara ajeg wis tekan.Revs ekstra ora nambah kontur kacepetan medium.
Langkah wektu ditetepake ing hubungan karo kacepetan rotasi, 3 rpm utawa 4 rpm.Langkah wektu ditapis nganti wektu sing dibutuhake kanggo muter mixer kanthi 0,5 °.Iki dadi cukup, amarga solusi kasebut gampang digabung, kaya sing diterangake ing bagean sadurunge.Mangkono, kabeh petungan numerik kanggo loro model turbulensi ditindakake kanthi nggunakake langkah wektu sing diowahi 0,02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) kanggo 3 rpm, 0,0208 \(\stackrel{ \mathrm{-} {3}\) 4 rpm.Kanggo langkah wektu refinement diwenehi, nomer Courant saka sel tansah kurang saka 1.0.
Kanggo njelajah katergantungan model-bolong, asil pisanan dijupuk nggunakake bolong 2.14M asli lan banjur bolong 2.88M olahan.Penyempurnaan kothak digayuh kanthi nyuda ukuran sel awak mixer saka 9 × \({10}^{-3}\) m dadi 7 × \({10}^{-3}\) m.Kanggo bolong asli lan olahan saka rong model turbulensi, nilai rata-rata modul kecepatan ing macem-macem papan ing saubengé agul-agul dibandhingake.Persentase prabédan antarane asil yaiku 1,73% kanggo model SST k–ω lan 3,51% kanggo model IDDES.IDDES nuduhake prabédan persentase sing luwih dhuwur amarga iku model hibrida RANS-LES.Bedane kasebut dianggep ora pati penting, mula simulasi ditindakake nggunakake bolong asli kanthi 2,14 yuta unsur lan langkah wektu rotasi 0,5 °.
Reproduktifitas asil eksperimen diteliti kanthi nindakake saben enem eksperimen kaping pindho lan mbandhingake asil.Bandhingake nilai kacepetan ing tengah agul-agul ing rong seri eksperimen.Persentase rata-rata beda antarane rong kelompok eksperimen yaiku 3,1%.Sistem PIV uga dikalibrasi ulang kanthi mandiri kanggo saben eksperimen.Bandingake kacepetan analitik diwilang ing tengah saben agul-agul karo kacepetan PIV ing lokasi padha.Perbandhingan iki nuduhake prabédan kanthi persentase kesalahan maksimal 6,5% kanggo lading 1.
Sadurunge ngitung faktor slip, perlu kanggo mangerteni konsep slip ing flokulator paddle, sing mbutuhake sinau struktur aliran ing saubengé paddles flocculator.Conceptually, koefisien slip dibangun ing desain flocculators paddle kanggo njupuk menyang akun kacepetan glathi relatif kanggo banyu.Literatur ngajak sing kacepetan iki 75% saka kacepetan agul-agul, supaya paling designs biasane nggunakake ak 0,25 kanggo akun imbuhan iki.Iki mbutuhake panggunaan streamlines kecepatan sing asale saka eksperimen PIV kanggo ngerti lapangan kecepatan aliran lan sinau slip iki.Blade 1 minangka lading paling jero sing paling cedhak karo poros, lading 3 minangka lading paling njaba, lan lading 2 minangka lading tengah.
Kecepatan streamlines ing agul-agul 1 nuduhake aliran puteran langsung watara agul-agul.Pola aliran iki emanate saka titik ing sisih tengen agul-agul, antarane rotor lan agul-agul.Deleng ing wilayah sing dituduhake dening kothak abang burik ing Figure 4a, iku menarik kanggo ngenali aspek liyane saka aliran recirculation ndhuwur lan watara agul-agul.Visualisasi aliran nuduhake aliran cilik menyang zona resirkulasi.Aliran iki nyedhaki saka sisih tengen lading kanthi dhuwur kira-kira 6 cm saka mburi lading, bisa uga amarga pengaruh lading pisanan saka tangan sadurunge lading, sing katon ing gambar.Visualisasi aliran ing 4 rpm nuduhake prilaku lan struktur sing padha, ketoke kanthi kecepatan sing luwih dhuwur.
Bidang kecepatan lan grafik saiki saka telung lading ing rong kecepatan rotasi 3 rpm lan 4 rpm.Kacepetan rata-rata maksimum telung lading ing 3 rpm yaiku 0,15 m / s, 0,20 m / s lan 0,16 m / s, lan kacepetan rata-rata maksimum ing 4 rpm yaiku 0,15 m / s, 0,22 m / s lan 0,22 m / s. s, mungguh.ing telung lembar.
Bentuk aliran heliks liyane ditemokake ing antarane vane 1 lan 2. Lapangan vektor kanthi jelas nuduhake yen aliran banyu munggah saka ngisor vane 2, kaya sing dituduhake dening arah vektor.Minangka ditampilake ing kothak burik ing Fig. 4b, vektor iki ora munggah vertikal munggah saka lumahing agul-agul, nanging nguripake menyang tengen lan mboko sithik mudhun.Ing lumahing agul-agul 1, vektor mudhun dibedakake, sing nyedhaki loro bilah lan ngubengi saka aliran recirculation sing dibentuk ing antarane.Struktur aliran sing padha ditemtokake ing loro kecepatan rotasi kanthi amplitudo kecepatan sing luwih dhuwur 4 rpm.
Bidang kecepatan blade 3 ora menehi kontribusi sing signifikan saka vektor kecepatan blade sadurunge gabung karo aliran ngisor blade 3. Aliran utama ing blade 3 amarga vektor kecepatan vertikal munggah karo banyu.
Vektor kecepatan liwat lumahing agul-agul 3 bisa dipérang dadi telung klompok, minangka ditampilake ing Fig. 4c.Set pisanan yaiku set ing pojok tengen lading.Struktur aliran ing posisi iki langsung menyang sisih tengen lan munggah (yaiku menyang lading 2).Klompok kapindho yaiku tengah lading.Vektor kecepatan kanggo posisi iki diarahake langsung munggah, tanpa panyimpangan lan tanpa rotasi.Penurunan nilai kecepatan ditemtokake kanthi nambah dhuwur ing sadhuwure ujung bilah.Kanggo klompok katelu, dumunung ing pinggir kiwa bilah, aliran langsung diarahake menyang sisih kiwa, yaiku menyang tembok flocculator.Umume aliran sing diwakili dening vektor kecepatan munggah, lan bagean aliran mudhun kanthi horisontal.
Rong model turbulensi, SST k–ω lan IDDES, digunakake kanggo mbangun profil kecepatan rata-rata wektu kanggo 3 rpm lan 4 rpm ing bidang dawa rata-rata agul-agul.Minangka ditampilake ing Figure 5, kahanan ajeg ngrambah dening nggayuh kamiripan Absolute antarane kontur kacepetan digawe dening papat rotasi berturut-turut.Kajaba iku, kontur kecepatan rata-rata wektu sing diasilake dening IDDES ditampilake ing Gambar 6a, nalika profil kecepatan rata-rata wektu sing digawe dening SST k - ω ditampilake ing Gambar 6a.6b.
Nggunakake IDDES lan puteran kecepatan rata-rata wektu sing digawe dening SST k–ω, IDDES nduweni proporsi puteran kecepatan sing luwih dhuwur.
Kasebut kanthi teliti, nliti profil kacepetan digawe karo IDDES ing 3 rpm minangka ditampilake ing Figure 7. Mixer muter clockwise lan aliran rembugan miturut cathetan ditampilake.
Ing anjir.7 saged dipuntingali bilih ing lumahing wilah 3 ing kuadran I punika wonten pisahipun alur, amargi aliranipun boten kendhat amargi wontenipun bolongan ing nginggil.Ing kuadran II ora ana pamisahan aliran sing diamati, amarga aliran kasebut diwatesi dening tembok flocculator.Ing kuadran III, banyu muter kanthi kacepetan sing luwih murah utawa luwih murah tinimbang kuadran sadurunge.Banyu ing quadrants I lan II dipindhah (yaiku diputer utawa di-push metu) mudhun dening tumindak mixer.Lan ing kuadran III, banyu didorong metu dening lading agitator.Iku ketok yen massa banyu ing panggonan iki nolak lengen flocculator nyedhak.Aliran swirling ing kuadran iki dipisahake kanthi lengkap.Kanggo kuadran IV, umume aliran udara ing ndhuwur vane 3 diarahake menyang tembok flokulator lan mboko sithik ilang ukuran amarga dhuwure mundhak menyang bukaan ndhuwur.
Kajaba iku, lokasi tengah kalebu pola aliran kompleks sing ndominasi kuadran III lan IV, kaya sing dituduhake dening elips titik biru.Wilayah sing ditandhani iki ora ana hubungane karo aliran swirling ing flocculator paddle, amarga gerakan swirling bisa diidentifikasi.Iki beda karo kuadran I lan II sing ana pamisahan sing jelas antarane aliran internal lan aliran rotasi lengkap.
Kaya sing dituduhake ing anjir.6, mbandhingake asil IDDES lan SST k-ω, prabédan utama antarane kontur kecepatan yaiku gedhene kecepatan ing sangisore bilah 3. Model SST k-ω kanthi jelas nuduhake yen aliran kecepatan dhuwur sing diperluas digawa dening bilah 3 dibandhingake karo IDDES.
Bedane liyane bisa ditemokake ing kuadran III.Saka IDDES, kaya sing kasebut sadurunge, pamisahan aliran rotasi antarane tangan flocculator kacathet.Nanging, posisi iki banget kena pengaruh dening aliran kacepetan kurang saka sudhut lan interior agul-agul pisanan.Saka SST k–ω kanggo lokasi sing padha, garis kontur nuduhake kecepatan sing relatif luwih dhuwur tinimbang IDDES amarga ora ana aliran konfluen saka wilayah liyane.
Pangerten kualitatif babagan lapangan vektor kecepatan lan streamlines dibutuhake kanggo pangerten sing bener babagan prilaku lan struktur aliran.Amarga saben agul-agul ambane 5 cm, pitung titik kecepatan dipilih ing jembar kanggo menehi profil kecepatan sing wakil.Kajaba iku, pangerten kuantitatif babagan magnitudo kecepatan minangka fungsi dhuwur ing sadhuwure permukaan bilah dibutuhake kanthi ngrancang profil kecepatan langsung ing saben permukaan bilah lan liwat jarak terus-terusan 2,5 cm vertikal nganti dhuwur 10 cm.Waca S1, S2 lan S3 ing tokoh kanggo informasi luwih lengkap.Lampiran A. Gambar 8 nuduhake persamaan distribusi kecepatan permukaan saben lading (Y = 0,0) sing dipikolehi nggunakake eksperimen PIV lan analisis ANSYS-Fluent nggunakake IDDES lan SST k-ω.Loro-lorone model numerik ndadekake bisa simulasi struktur aliran ing lumahing glathi flocculator.
Distribusi kecepatan PIV, IDDES lan SST k–ω ing permukaan blade.Sumbu x nggambarake jembaré saben lembar ing milimeter, kanthi asal (0 mm) makili pinggir kiwa lembaran lan pungkasan (50 mm) nuduhake pinggiran tengen lembaran.
Iku cetha katon sing distribusi kacepetan glathi 2 lan 3 ditampilake ing Fig.8 lan Fig.8.S2 lan S3 ing Lampiran A nuduhake tren sing padha karo dhuwur, nalika agul-agul 1 diganti independen.Profil kecepatan bilah 2 lan 3 dadi lurus kanthi sampurna lan duwe amplitudo sing padha ing dhuwur 10 cm saka ujung bilah.Iki tegese aliran dadi seragam ing titik iki.Iki katon kanthi jelas saka asil PIV, sing direproduksi kanthi apik dening IDDES.Kangge, asil SST k–ω nuduhake sawetara beda, utamané ing 4 rpm.
Wigati dicathet yen lading 1 nahan wangun profil kecepatan sing padha ing kabeh posisi lan ora normal ing dhuwur, amarga swirl sing dibentuk ing tengah mixer ngemot bilah pisanan kabeh lengen.Kajaba iku, dibandhingake karo IDDES, profil kacepetan blade PIV 2 lan 3 nuduhake nilai kacepetan sing rada dhuwur ing umume lokasi nganti meh padha karo 10 cm ing ndhuwur permukaan blade.
Wektu kirim: Feb-26-2023