Dankon pro vizito de Nature.com.Vi uzas retumilon kun limigita CSS-subteno.Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu Kongruo-Reĝimon en Internet Explorer).Krome, por certigi daŭran subtenon, ni montras la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Tipo 316Ti (UNS 31635) estas Titanio stabiligita aŭstenita krom-nikela rustorezista ŝtalo enhavanta molibdenon.Ĉi tiu aldono pliigas korodreziston, plibonigas reziston al truado de kloridaj solvaĵoj kaj provizas pliigitan forton ĉe altaj temperaturoj.Propraĵoj estas similaj al tiuj de tipo 316 krom ke 316Ti pro ĝia Titania aldono povas esti uzita ĉe altaj sensivigtemperaturoj.Kororezisto estas plibonigita, precipe kontraŭ sulfuraj, kloritaj, acetaj, formikaj kaj tartaraj acidoj, acidsulfatoj kaj alkalaj kloridoj.
Kemia konsisto:
| 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 |
Propraĵoj: Kolizita：
Finfina Tenso-forto: 75 KSI min (515 MPa min)
Rendimento-Forto: (0.2% Ofseto) 30 KSI min (205 MPa min)
Plilongigo: 40% min
Malmoleco: Rb 95 max
Glitiloj montrante tri artikolojn per diapozitivo.Uzu la malantaŭan kaj sekvan butonojn por moviĝi tra la lumbildoj, aŭ la butonojn de glit-regiloj ĉe la fino por moviĝi tra ĉiu lumbildo.
En ĉi tiu studo, la hidrodinamiko de flokulado estas taksita per eksperimenta kaj nombra enketo de la turbula flurapideckampo en laboratorioskala padelflokulatoro.La turbula fluo kiu antaŭenigas partikla agregadon aŭ flocrompiĝon estas kompleksa kaj estas pripensita kaj komparita en tiu artikolo uzante du turbulencmodelojn, nome SST k-ω kaj IDDES.La rezultoj montras ke IDDES disponigas tre malgrandan plibonigon super SST k-ω, kio estas sufiĉa por precize simuli fluon ene de padelflokulatoro.La taŭga poentaro estas uzata por esplori la konverĝon de PIV kaj CFD-rezultoj, kaj por kompari la rezultojn de la CFD-turbulecmodelo uzata.La studo ankaŭ koncentriĝas pri kvantigado de la glitfaktoro k, kiu estas 0,18 ĉe malaltaj rapidoj de 3 kaj 4 rpm kompare kun la kutima tipa valoro de 0,25.Malkreskante k de 0,25 ĝis 0,18 pliigas la potencon liveritan al la likvaĵo je proksimume 27-30% kaj pliigas la rapidecgradienton (G) je proksimume 14%.Tio signifas ke pli da agitado estas provizita ol atendite, tial malpli da energio estas konsumita kaj tial la energikonsumo en la flokula unuo de la trinkakvopurigejo povas esti pli malalta.
En akvopurigo, la aldono de koagulantoj malstabiligas malgrandajn koloidajn partiklojn kaj malpuraĵojn, kiuj tiam kombinas por formi flokuladon en la flokulado.Flokoj estas loze ligitaj fraktalaj agregaĵoj de maso, kiuj tiam estas forigitaj per ekloĝado.Partiklaj propraĵoj kaj likvaj miksadkondiĉoj determinas la efikecon de la flokulado kaj traktadprocezo.Flokulado postulas malrapidan agitiĝon dum relative mallonga tempodaŭro kaj multe da energio por agiti grandajn volumojn da akvo1.
Dum flokulado, la hidrodinamiko de la tuta sistemo kaj la kemio de koagul-partikla interago determinas la rapidecon ĉe kiu senmova partiklogranda distribuo estas atingita2.Kiam partikloj kolizias, ili gluiĝas unu al la alia3.Oyegbile, Ay4 raportis ke kolizioj dependas de la flokulaj transportmekanismoj de Browniana difuzo, fluida tondo kaj diferenciga setlado.Kiam la flokoj kolizias, ili kreskas kaj atingas certan grandlimon, kio povas konduki al rompiĝo, ĉar la flokoj ne povas elteni la forton de hidrodinamikaj fortoj5.Kelkaj el tiuj rompitaj flokoj rekombinas en pli malgrandajn aŭ la saman grandecon6.Tamen fortaj flokoj povas rezisti ĉi tiun forton kaj konservi sian grandecon kaj eĉ kreski7.Yukselen kaj Gregory8 raportis pri studoj ligitaj al la detruo de flokoj kaj ilia kapablo regeneri, montrante ke neinversigebleco estas limigita.Bridgeman, Jefferson9 uzis CFD por taksi la lokan influon de averaĝa fluo kaj turbuleco sur flocformacio kaj fragmentiĝo tra lokaj rapidecgradientoj.En tankoj ekipitaj per rotoraj klingoj, necesas varii la rapidecon, je kiu la agregaĵoj kolizias kun aliaj partikloj, kiam ili estas sufiĉe malstabilitaj en la koagula fazo.Uzante CFD kaj pli malaltajn rotaciorapidecojn de proksimume 15 rpm, Vadasarukkai kaj Gagnon11 povis atingi la G-valoron por konusa padelflokulado, tiel minimumigante elektrokonsumon por agitado.Tamen, operacio ĉe pli altaj G-valoroj povas konduki al flokulado.Ili esploris la efikon de miksado de rapideco dum determinado de la meza rapidecgradiento de pilota padelflokulatoro.Ili rotacias kun rapido de pli ol 5 rpm.
Korpijärvi, Ahlstedt12 uzis kvar malsamajn turbulecmodelojn por studi la fluokampon sur tanka testbenko.Ili mezuris la fluokampon per lasera doplera anemometro kaj PIV kaj komparis la kalkulitajn rezultojn kun la mezuritaj rezultoj.de Oliveira kaj Donadel13 proponis alternativan metodon por taksi rapidecgradientojn de hidrodinamikaj trajtoj uzante CFD.La proponita metodo estis testita sur ses flokulaj unuoj bazitaj sur helikforma geometrio.taksis la efikon de retentempo sur flokulantoj kaj proponis flokuladmodelon kiu povas esti uzata kiel ilo por subteni racian ĉeldezajnon kun malaltaj retentempoj14.Zhan, You15 proponis kombinitan CFD kaj loĝantaran ekvilibran modelon por simuli fluokarakterizaĵojn kaj flockonduton en plenskala flokulado.Llano-Serna, Coral-Portillo16 esploris la fluokarakterizaĵojn de Cox-speca hidroflokulacilo en akvopurigejo en Viterbo, Kolombio.Kvankam CFD havas siajn avantaĝojn, ekzistas ankaŭ limigoj kiel nombraj eraroj en kalkuloj.Tial ĉiuj nombraj rezultoj akiritaj estu zorge ekzamenitaj kaj analizitaj por eltiri kritikajn konkludojn17.Ekzistas malmultaj studoj en la literaturo pri la dezajno de horizontalaj deflakiloj, dum rekomendoj por la dezajno de hidrodinamikaj flokulantoj estas limigitaj18.Chen, Liao19 uzis eksperimentan aranĝon bazitan sur la disvastigo de polarigita lumo por mezuri la staton de polusiĝo de disigita lumo de individuaj partikloj.Feng, Zhang20 uzis Ansys-Fluent por simuli la distribuadon de kirlfluoj kaj kirliĝo en la flukampo de koagulita platflokulatoro kaj inter-ondumita flokulatoro.Post simulado de turbula fluida fluo en flokulatoro uzanta Ansys-Fluent, Gavi21 uzis la rezultojn por dizajni la flokulatoron.Vaneli kaj Teixeira22 raportis, ke la rilato inter la fluida dinamiko de spiraltubaj flokulantoj kaj la flokuladprocezo estas ankoraŭ nebone komprenita por subteni racian dezajnon.de Oliveira kaj Costa Teixeira23 studis la efikecon kaj montris la hidrodinamikajn trajtojn de la spiraltuba flokulatoro per fizikaj eksperimentoj kaj CFD-simulaĵoj.Multaj esploristoj studis bobenajn tubreaktorojn aŭ bobenajn tubajn flokulantojn.Tamen, detalaj hidrodinamikaj informoj pri la respondo de tiuj reaktoroj al diversaj dezajnoj kaj funkciigadkondiĉoj daŭre mankas (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Oliveira kaj Teixeira26 prezentas originajn rezultojn de teoriaj, eksperimentaj kaj CFD-simuladoj de spirala flokulilo.Oliveira kaj Teixeira27 proponis uzi spiralan bobenon kiel koagul-flokulan reaktoron en kombinaĵo kun konvencia dekantorsistemo.Ili raportas, ke la rezultoj akiritaj por malklareco-foriga efikeco estas signife diferencaj de tiuj akiritaj kun ofte uzitaj modeloj por taksado de flokulado, sugestante singardemon dum uzado de tiaj modeloj.Moruzzi kaj de Oliveira [28] modeligis la konduton de sistemo de kontinuaj flokuladkameroj sub diversaj funkciigadkondiĉoj, inkluzive de varioj en la nombro da kameroj uzitaj kaj la uzo de fiksaj aŭ skvamaj ĉelaj rapidecgradientoj.Romphophak, Le Men29 PIV-mezuradoj de tujaj rapidecoj en kvazaŭ-dudimensiaj jetpurigiloj.Ili trovis fortan jet-induktitan cirkuladon en la flokula zono kaj taksis lokajn kaj tujajn tondrapidecojn.
Shah, Joshi30 raportas, ke CFD ofertas interesan alternativon por plibonigi dezajnojn kaj akiri virtualajn fluajn trajtojn.Ĉi tio helpas eviti ampleksajn eksperimentajn aranĝojn.CFD estas ĉiam pli uzata por analizi akvon kaj kloakaĵpurigejojn (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).Pluraj enketistoj faris eksperimentojn pri ladskatolo-testekipaĵo (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) kaj truitaj diskoflokiloj31.Aliaj uzis CFD por taksi hidroflokulantojn (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Ghawi21 raportis, ke mekanikaj flokuliloj postulas regulan prizorgadon ĉar ili ofte rompiĝas kaj postulas multe da elektro.
La agado de padelflokulatoro estas tre dependa de la hidrodinamiko de la rezervujo.La manko de kvanta kompreno de la flurapideckampoj en tiaj flokulatoroj estas klare notita en la literaturo (Howe, Hand38; Hendricks39).La tuta akvomaso estas submetata al la movado de la flokulatoro-impulsilo, do estas atendita glitado.Tipe, la fluida rapideco estas malpli ol la klingorapideco per la glitfaktoro k, kiu estas difinita kiel la rilatumo de la rapideco de la korpo de akvo al la rapideco de la padelrado.Bhole40 raportis ke ekzistas tri nekonataj faktoroj por konsideri dum dizajnado de flokulatoro, nome la rapidecgradiento, la tirkoeficiento, kaj la relativa rapideco de la akvo relative al la klingo.
Camp41 raportas, ke kiam oni konsideras altrapidajn maŝinojn, la rapideco estas proksimume 24% de la rotorrapideco kaj same alta kiel 32% por malaltrapidecaj maŝinoj.En foresto de septoj, Droste kaj Ger42 uzis ak-valoron de 0.25, dum en la kazo de septoj, k variis de 0 ĝis 0.15.Howe, Hand38 sugestas ke k estas en la intervalo de 0,2 ĝis 0,3.Hendrix39 rilatigis la glitfaktoron al rotacia rapideco uzante empirian formulon kaj finis ke la glitfaktoro estis ankaŭ ene de la intervalo establita fare de Camp41.Bratby43 raportis, ke k estas proksimume 0,2 por rulrapidecoj de 1,8 ĝis 5,4 rpm kaj pliiĝas al 0,35 por rulrapidecoj de 0,9 ĝis 3 rpm.Aliaj esploristoj raportas ampleksan gamon de valoroj de tirkoeficiento (Cd) de 1,0 ĝis 1,8 kaj valoroj de glitkoeficiento k de 0,25 ĝis 0,40 (Feir kaj Geyer44; Hyde kaj Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; kaj Bratby kaj Marais48; ).La literaturo ne montras signifan progreson en difino kaj kvantigo de k ekde la laboro de Camp41.
La flokuladprocezo estas bazita sur turbuleco por faciligi koliziojn, kie la rapidecgradiento (G) kutimas mezuri turbulecon/flokuladon.Miksado estas la procezo de rapide kaj egale disvastigi kemiaĵojn en akvo.La grado da miksado estas mezurita per la rapidecgradiento:
kie G = rapidecgradiento (sec-1), P = enigo de potenco (W), V = volumeno de akvo (m3), μ = dinamika viskozeco (Pa s).
Ju pli alta la G-valoro, des pli miksita.Plena miksado estas esenca por certigi unuforman koaguliĝon.La literaturo indikas ke la plej gravaj dezajnoparametroj estas miksado de tempo (t) kaj rapidecgradiento (G).La flokuladprocezo estas bazita sur turbuleco por faciligi koliziojn, kie la rapidecgradiento (G) kutimas mezuri turbulecon/flokuladon.Tipaj dezajnaj valoroj por G estas 20 ĝis 70 s–1, t estas 15 ĝis 30 minutoj, kaj Gt (sendimensia) estas 104 ĝis 105. Rapidaj miksaj tankoj funkcias plej bone kun G-valoroj de 700 ĝis 1000, kun temporestado. ĉirkaŭ 2 minutojn.
kie P estas la potenco transdonita al la likvaĵo per ĉiu flokula klingo, N estas la rotacia rapideco, b estas la klingolongo, ρ estas la akvodenseco, r estas la radiuso, kaj k estas la glitkoeficiento.Tiu ekvacio estas aplikita al ĉiu klingo individue kaj la rezultoj estas sumigitaj por doni la totalan potencenigaĵon de la flokulatoro.Zorgema studo de tiu ekvacio montras la gravecon de la glitfaktoro k en la dezajnprocezo de padelflokulatoro.La literaturo ne deklaras la precizan valoron de k, sed anstataŭe rekomendas gamon kiel antaŭe deklarite.Tamen, la rilato inter la potenco P kaj la glitkoeficiento k estas kuba.Tiel, kondiĉe ke ĉiuj parametroj estas samaj, ekzemple, ŝanĝi k de 0,25 al 0,3 kondukos al malpliigo de la potenco transdonita al la fluido per klingo je ĉirkaŭ 20%, kaj redukti k de 0,25 al 0,18 pliigos ŝin.je ĉirkaŭ 27-30% per paleto La potenco transdonita al la fluido.Finfine, la efiko de k sur daŭrigebla padelflokulatordezajno devas esti esplorita per teknika kvantigo.
Preciza empiria kvantigo de glitado postulas flubildigon kaj simuladon.Tial, estas grave priskribi la tanĝantan rapidecon de la klingo en akvo je certa rotacia rapideco je malsamaj radialaj distancoj de la ŝafto kaj je malsamaj profundoj de la akvosurfaco por taksi la efikon de malsamaj klingopozicioj.
En ĉi tiu studo, la hidrodinamiko de flokulado estas taksita per eksperimenta kaj nombra enketo de la turbula flurapideckampo en laboratorioskala padelflokulatoro.La PIV-mezuradoj estas registritaj sur la flokulatoro, kreante temp-averaĝajn rapideckonturojn montrante la rapidecon de akvopartikloj ĉirkaŭ la folioj.Krome, ANSYS-Fluent CFD estis uzita por simuli la kirlan fluon ene de la flokulatoro kaj krei temp-averaĝajn rapideckonturojn.La rezulta CFD-modelo estis konfirmita per taksado de la korespondado inter la PIV kaj CFD-rezultoj.La fokuso de tiu laboro estas sur kvantigado de la glitkoeficiento k, kio estas sendimensia dezajnoparametro de padelflokulatoro.La laboro ĉi tie prezentita provizas novan bazon por kvantigi la glitkoeficienton k ĉe malaltaj rapidoj de 3 rpm kaj 4 rpm.La implicoj de la rezultoj rekte kontribuas al pli bona kompreno de la hidrodinamiko de la flokuladtanko.
La laboratorio flokulator konsistas el malferma rektangula skatolo kun totala alteco de 147 cm, alteco de 39 cm, totala larĝo de 118 cm, kaj totala longo de 138 cm (Fig. 1).La ĉefdezajnokriterioj evoluigitaj fare de Camp49 estis utiligitaj por dizajni laboratoriskalan padelflokulon kaj apliki la principojn de dimensia analizo.La eksperimenta instalaĵo estis konstruita ĉe la Media Inĝenieristiko-Laboratorio de la Lebanese American University (Byblos, Libano).
La horizontala akso situas je alteco de 60 cm de la fundo kaj akomodas du padelradojn.Ĉiu padelrado konsistas el 4 padeloj kun 3 padeloj sur ĉiu padelo por entute 12 padeloj.Flokulado postulas mildan agitadon je malalta rapideco de 2 ĝis 6 rpm.La plej oftaj miksaj rapidecoj en flokulatoroj estas 3 rpm kaj 4 rpm.La laboratorio-skala flokulatorfluo estas dizajnita por reprezenti la fluon en la flokuladtanko-sekcio de trinkakvopurigejo.Potenco estas kalkulita uzante la tradician ekvacion 42 .Por ambaŭ rotaciaj rapidecoj, la rapidecgradiento \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) estas pli granda ol 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) , la Reynolds-nombro indikas turbulan fluon (Tabelo 1).
PIV estas uzata por atingi precizajn kaj kvantajn mezurojn de fluidaj rapidvektoroj samtempe ĉe tre granda nombro da punktoj50.La eksperimenta aranĝo inkludis laboratori-skalan padelflokuladon, LaVision PIV-sistemon (2017), kaj Arduino-eksteran lasersensilon.Por krei temp-averaĝajn rapidecprofilojn, PIV-bildoj estis registritaj sinsekve en la sama loko.La PIV-sistemo estas kalibrita tia ke la celareo estas ĉe la mezpunkto de la longo de ĉiu el la tri klingoj de speciala padelbrako.La ekstera ellasilo konsistas el lasero situanta sur unu flanko de la flokulatora larĝo kaj sensilricevilo sur la alia flanko.Ĉiun fojon kiam la flokula brako blokas la laseran vojon, signalo estas sendita al la PIV-sistemo por kapti bildon per la PIV-lasero kaj fotilo sinkronigita kun programebla tempigunuo.Sur fig.2 montras la instaladon de la PIV-sistemo kaj la procezon de akiro de bildoj.
La registrado de PIV estis komencita post kiam la flokulatoro estis funkciigita dum 5-10 minutoj por normaligi la fluon kaj konsideri la saman refraktan indekskampon.Kalibrado estas atingita uzante alĝustigplaton mergitan en la flokulatoro kaj metita ĉe la mezpunkto de la longo de la klingo de intereso.Alĝustigu la pozicion de la PIV-lasero por formi platan luman folion rekte super la kalibrado-plato.Registru la mezuritajn valorojn por ĉiu rotacia rapideco de ĉiu klingo, kaj la rotaciaj rapidoj elektitaj por la eksperimento estas 3 rpm kaj 4 rpm.
Por ĉiuj PIV-registraĵoj, la tempointervalo inter du laserpulsoj estis fiksita en la intervalo de 6900 ĝis 7700 µs, kio permesis minimuman partiklodelokiĝon de 5 pikseloj.Pilottestoj estis faritaj sur la nombro da bildoj necesaj por akiri precizajn temp-averaĝajn mezuradojn.Vektoraj statistikoj estis komparitaj por specimenoj enhavantaj 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240, kaj 280 bildojn.Ekzempla grandeco de 240 bildoj estis trovita doni stabilajn temp-averaĝajn rezultojn pro tio, ke ĉiu bildo konsistas el du kadroj.
Ĉar la fluo en la flokulatoro estas turbula, malgranda demanda fenestro kaj granda nombro da partikloj estas postulataj por solvi malgrandajn turbulajn strukturojn.Pluraj ripetoj de grandecredukto estas aplikataj kune kun kruc-korelacia algoritmo por certigi precizecon.Komenca balotfenestra grandeco de 48×48 pikseloj kun 50% interkovro kaj unu adaptadprocezo estis sekvita per fina balotfenestra grandeco de 32×32 pikseloj kun 100% interkovro kaj du adaptadprocezoj.Krome, vitraj kavaj sferoj estis utiligitaj kiel sempartikloj en la fluo, kio permesis almenaŭ 10 partiklojn per balotfenestro.La PIV-registrado estas iniciatita per ellasilfonto ene de Programable Timing Unit (PTU), kiu respondecas pri funkciigado kaj sinkronigado de la laserfonto kaj la fotilo.
La komerca CFD-pakaĵo ANSYS Fluent v 19.1 estis uzita por evoluigi la 3D-modelon kaj solvi la bazajn fluekvaciojn.
Uzante ANSYS-Fluent, 3D modelo de laboratori-skala padelflokulatoro estis kreita.La modelo estas farita en formo de rektangula skatolo, konsistanta el du padelradoj muntitaj sur horizontala akso, kiel la laboratorio-modelo.La modelo sen libera tabulo estas 108 cm alta, 118 cm larĝa kaj 138 cm longa.Horizontala cilindra ebeno estis aldonita ĉirkaŭ la miksilo.Cilindra ebena generacio devus efektivigi la rotacion de la tuta miksilo dum la instala fazo kaj simuli la turniĝantan fluokampon ene de la flokulatoro, kiel montrite en Fig. 3a.
3D ANSYS-flua kaj modela geometria diagramo, ANSYS-flua flokula korpomaŝo sur la ebeno de intereso, ANSYS-flua diagramo sur la ebeno de intereso.
La modelgeometrio konsistas el du regionoj, ĉiu el kiuj estas fluido.Ĉi tio estas atingita per la logika subtraho funkcio.Unue subtrahi la cilindron (inkluzive de miksilo) el la skatolo por reprezenti la likvaĵon.Tiam subtrahi la miksilon de la cilindro, rezultigante du objektojn: la miksilo kaj la likvaĵo.Fine, glita interfaco estis aplikita inter la du areoj: cilindro-cilindro-interfaco kaj cilindro-miksilo-interfaco (Fig. 3a).
La maŝado de la konstruitaj modeloj estis kompletigita por renkonti la postulojn de la turbulecmodeloj kiuj estos uzitaj por prizorgi la nombrajn simuladojn.Nestrukturita maŝo kun vastigitaj tavoloj proksime de la solida surfaco estis uzita.Kreu vastiĝajn tavolojn por ĉiuj muroj kun kreskorapideco de 1,2 por certigi, ke kompleksaj flupadronoj estas kaptitaj, kun unuatavola dikeco de \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m por certigi ke \ ( {\text {y))^{+}\le 1.0\).La korpograndeco estas alĝustigita per la kvaredra konvena metodo.Antaŭflanka grandeco de du interfacoj kun elementgrandeco de 2.5 × \({10}^{-3}\) m estas kreita, kaj miksila antaŭgrandeco de 9 × \({10}^{-3}\ ) m estas aplikata.La komenca generita maŝo konsistis el 2144409 elementoj (Fig. 3b).
Du-parametra k-ε turbulecmodelo estis elektita kiel la komenca bazmodelo.Por precize simuli la kirlan fluon ene de la flokulatoro, pli komputile multekosta modelo estis elektita.La turbula kirlfluo ene de la flokulatoro estis nombre esplorita uzante du CFD-modelojn: SST k-ω51 kaj IDDES52.La rezultoj de ambaŭ modeloj estis komparitaj kun eksperimentaj PIV-rezultoj por validigi la modelojn.Unue, la SST k-ω turbulecmodelo estas du-ekvacia turbula viskozecmodelo por fluidodinamikaj aplikoj.Tio estas hibrida modelo kombinanta la Wilcox k-ω kaj k-ε modelojn.La miksa funkcio aktivigas la Wilcox-modelon proksime de la muro kaj la k-ε-modelo en la venanta fluo.Ĉi tio certigas, ke la ĝusta modelo estas uzata tra la flukampo.Ĝi precize antaŭdiras fluapartigon pro malfavoraj premgradientoj.Due, la Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) metodo, vaste uzita en la Individual Eddy Simulation (DES) modelo kun la SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) modelo, estis elektita.IDDES estas hibrida RANS-LES (granda kirla simulado) modelo kiu disponigas pli flekseblan kaj uzant-amikan rezolucian skalan (SRS) simuladmodelon.Estas bazita sur la LES-modelo por solvi grandajn kirlojn kaj revenas al SST k-ω por simuli malgrandskalaj kirloj.Statistikaj analizoj de la rezultoj de la SST k–ω kaj IDDES-simuladoj estis komparitaj kun la PIV-rezultoj por validigi la modelon.
Du-parametra k-ε turbulecmodelo estis elektita kiel la komenca bazmodelo.Por precize simuli la kirlan fluon ene de la flokulatoro, pli komputile multekosta modelo estis elektita.La turbula kirlfluo ene de la flokulatoro estis nombre esplorita uzante du CFD-modelojn: SST k-ω51 kaj IDDES52.La rezultoj de ambaŭ modeloj estis komparitaj kun eksperimentaj PIV-rezultoj por validigi la modelojn.Unue, la SST k-ω turbulecmodelo estas du-ekvacia turbula viskozecmodelo por fluidodinamikaj aplikoj.Tio estas hibrida modelo kombinanta la Wilcox k-ω kaj k-ε modelojn.La miksa funkcio aktivigas la Wilcox-modelon proksime de la muro kaj la k-ε-modelo en la venanta fluo.Ĉi tio certigas, ke la ĝusta modelo estas uzata tra la flukampo.Ĝi precize antaŭdiras fluapartigon pro malfavoraj premgradientoj.Due, la Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) metodo, vaste uzita en la Individual Eddy Simulation (DES) modelo kun la SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) modelo, estis elektita.IDDES estas hibrida RANS-LES (granda kirla simulado) modelo kiu disponigas pli flekseblan kaj uzant-amikan rezolucian skalan (SRS) simuladmodelon.Estas bazita sur la LES-modelo por solvi grandajn kirlojn kaj revenas al SST k-ω por simuli malgrandskalaj kirloj.Statistikaj analizoj de la rezultoj de la SST k–ω kaj IDDES-simuladoj estis komparitaj kun la PIV-rezultoj por validigi la modelon.
Uzu prembazitan paseman solvilon kaj uzu graviton en la Y-direkto.Rotacio estas atingita asignante maŝmoviĝon al la miksilo, kie la origino de la rotaciakso estas en la centro de la horizontala akso kaj la direkto de la rotaciakso estas en la Z-direkto.Maŝinterfaco estas kreita por ambaŭ modelgeometriaj interfacoj, rezultigante du limkeston randojn.Kiel en la eksperimenta tekniko, la rotacia rapideco respondas al 3 kaj 4 revolucioj.
La limkondiĉoj por la muroj de la miksilo kaj la flokulatoro estis fiksitaj per la muro, kaj la supra malfermo de la flokulatoro estis fiksita per la ellasejo kun nula mezurila premo (Fig. 3c).SIMPLA prem-rapideca komunikadoskemo, diskretigo de la gradienta spaco de duaordaj funkcioj kun ĉiuj parametroj bazitaj sur malplej kvadrataj elementoj.La konverĝa kriterio por ĉiuj fluaj variabloj estas la skalita resta 1 x \({10}^{-3}\).La maksimuma nombro da ripetoj per tempopaŝo estas 20, kaj la tempopaŝa grandeco egalrilatas al rotacio de 0.5°.La solvo konverĝas ĉe la 8-a ripeto por la SST k–ω modelo kaj ĉe la 12-a ripeto uzante IDDES.Krome, la nombro da tempopaŝoj estis kalkulita tiel ke la miksilo faris almenaŭ 12 revoluciojn.Apliki datuman specimenon por tempostatistiko post 3 rotacioj, kio permesas normaligon de la fluo, simile al la eksperimenta proceduro.Komparante la produktadon de la rapidecbukloj por ĉiu revolucio donas precize la samajn rezultojn por la lastaj kvar revolucioj, indikante ke stabila stato estis atingita.La ekstraj revolucioj ne plibonigis la mezrapidecajn konturojn.
La tempopaŝo estas difinita rilate al la rotacia rapideco, 3 rpm aŭ 4 rpm.La tempopaŝo estas rafinita al la tempo bezonata por turni la miksilon je 0.5°.Ĉi tio rezultas esti sufiĉa, ĉar la solvo facile konverĝas, kiel priskribite en la antaŭa sekcio.Tiel, ĉiuj nombraj kalkuloj por ambaŭ turbulecmodeloj estis faritaj uzante modifitan tempopaŝon de 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) por 3 rpm, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-} {3}\) 4 rpm.Por antaŭfiksita rafina tempopaŝo, la Courant-nombro de ĉelo ĉiam estas malpli ol 1.0.
Por esplori modelo-maŝan dependecon, rezultoj unue estis akiritaj uzante la originan 2.14M maŝon kaj poste la rafinitan 2.88M maŝon.Kradrafinado estas atingita reduktante la ĉelgrandecon de la miksila korpo de 9 × \({10}^{-3}\) m ĝis 7 × \({10}^{-3}\) m.Por la originalaj kaj rafinitaj maŝoj de la du modeloj turbuleco, la averaĝaj valoroj de la rapidmoduloj en malsamaj lokoj ĉirkaŭ la klingo estis komparitaj.La procentdiferenco inter la rezultoj estas 1.73% por la SST k-ω-modelo kaj 3.51% por la IDDES-modelo.IDDES montras pli altan procentan diferencon ĉar ĝi estas hibrida RANS-LES-modelo.Tiuj diferencoj estis konsideritaj sensignifaj, do la simulado estis farita uzante la originan maŝon kun 2.14 milionoj da elementoj kaj rotacia tempopaŝo de 0.5°.
La reproduktebleco de la eksperimentaj rezultoj estis ekzamenita farante ĉiun el la ses eksperimentoj duan fojon kaj komparante la rezultojn.Komparu la rapidvalorojn ĉe la centro de la klingo en du serioj de eksperimentoj.La meza procentdiferenco inter la du eksperimentaj grupoj estis 3.1%.La PIV-sistemo ankaŭ estis sendepende rekalibrita por ĉiu eksperimento.Komparu la analize kalkulitan rapidon en la centro de ĉiu klingo kun la PIV-rapido en la sama loko.Ĉi tiu komparo montras la diferencon kun maksimuma procenta eraro de 6.5% por klingo 1.
Antaŭ kvantigi la glitfaktoron, necesas science kompreni la koncepton de glitado en padelflokulatoro, kiu postulas studi la flustrukturon ĉirkaŭ la padeloj de la flokulatoro.Koncipe, la glitkoeficiento estas konstruita en la dezajnon de padelflokulantoj por enkalkuli la rapidecon de la klingoj relative al la akvo.La literaturo rekomendas ke tiu rapideco estu 75% de la klingorapideco, tiel ke la plej multaj dezajnoj tipe uzas ak de 0.25 por respondeci pri tiu alĝustigo.Tio postulas la uzon de rapidecflulinioj derivitaj de PIV-eksperimentoj por plene kompreni la flurapideckampon kaj studi tiun degliton.Klingo 1 estas la plej interna klingo plej proksima al la ŝafto, klingo 3 estas la plej ekstera klingo, kaj klingo 2 estas la meza klingo.
La rapidecflulinioj sur klingo 1 montras rektan rotacian fluon ĉirkaŭ la klingo.Tiuj flupadronoj eliras de punkto sur la dekstra flanko de la klingo, inter la rotoro kaj la klingo.Rigardante la areon indikitan per la ruĝa punktita skatolo en Figuro 4a, estas interese identigi alian aspekton de la recirkula fluo super kaj ĉirkaŭ la klingo.Fluobildigo montras malmulte da fluo en la recirkuladzonon.Tiu fluo alproksimiĝas de la dekstra flanko de la klingo je alteco de proksimume 6 cm de la fino de la klingo, eble pro la influo de la unua klingo de la mano antaŭanta la klingon, kiu estas videbla en la bildo.Fluobildigo je 4 rpm montras la saman konduton kaj strukturon, ŝajne kun pli altaj rapidecoj.
Rapideckampo kaj nunaj grafeoj de tri klingoj je du rotaciaj rapidecoj de 3 rpm kaj 4 rpm.La maksimuma averaĝa rapideco de la tri klingoj je 3 rpm estas 0.15 m/s, 0.20 m/s kaj 0.16 m/s respektive, kaj la maksimuma averaĝa rapideco je 4 rpm estas 0.15 m/s, 0.22 m/s kaj 0.22 m/s. s, respektive.sur tri folioj.
Alia formo de helikforma fluo estis trovita inter vanetoj 1 kaj 2. La vektorkampo klare montras ke la akvofluo moviĝas supren de la fundo de vano 2, kiel indikite per la direkto de la vektoro.Kiel montrite per la punktita skatolo en Fig. 4b, ĉi tiuj vektoroj ne iras vertikale supren de la klingosurfaco, sed turnas dekstren kaj iom post iom malsupreniras.Sur la surfaco de la klingo 1 oni distingas malsuprenajn vektorojn, kiuj alproksimiĝas al ambaŭ klingoj kaj ĉirkaŭas ilin de la recirkula fluo formita inter ili.La sama fluostrukturo estis determinita ĉe ambaŭ rotaciaj rapidecoj kun pli alta rapideca amplitudo de 4 rpm.
La rapideckampo de klingo 3 ne faras signifan kontribuon de la rapidecvektoro de la antaŭa klingo kuniganta la fluon sub klingo 3. La ĉeffluo sub klingo 3 ŝuldiĝas al la vertikala rapidecvektoro pliiĝanta kun la akvo.
La rapidvektoroj super la surfaco de la klingo 3 povas esti dividitaj en tri grupojn, kiel montrite en Fig. 4c.La unua aro estas la aro sur la dekstra rando de la klingo.La flustrukturo en ĉi tiu pozicio estas rekte dekstren kaj supren (te direkte al klingo 2).La dua grupo estas la mezo de la klingo.La rapidecvektoro por ĉi tiu pozicio estas direktita rekte supren, sen ajna devio kaj sen rotacio.La malkresko en la rapidecvaloro estis determinita kun pliiĝo en la alteco super la fino de la klingo.Por la tria grupo, situanta ĉe la maldekstra periferio de la klingoj, la fluo estas tuj direktita maldekstren, do al la muro de la flokulatoro.La plej granda parto de la fluo reprezentita per la rapidecvektoro iras supren, kaj parto de la fluo iras horizontale malsupren.
Du turbulecmodeloj, SST k-ω kaj IDDES, kutimis konstrui temp-averaĝajn rapidecprofilojn por 3 rpm kaj 4 rpm en la klinga mezlonga ebeno.Kiel montrite en Figuro 5, stabila stato estas atingita atingante absolutan similecon inter la rapideckonturoj kreitaj per kvar sinsekvaj rotacioj.Krome, la temp-averaĝaj rapideckonturoj generitaj de IDDES estas montritaj en Fig. 6a, dum la temp-averaĝaj rapidecprofiloj generitaj per SST k - ω estas montritaj en Fig. 6a.6b.
Uzante IDDES kaj temp-averaĝajn rapidecbuklojn generitajn per SST k–ω, IDDES havas pli altan proporcion de rapidecbukloj.
Zorge ekzamenu la rapidprofilon kreitan per IDDES je 3 rpm kiel montrite en Figuro 7. La miksilo turniĝas dekstrume kaj la fluo estas diskutita laŭ la notoj montritaj.
Sur fig.7 oni povas vidi, ke sur la surfaco de la klingo 3 en la I-kvadranto estas apartigo de la fluo, ĉar la fluo ne estas limigita pro la ĉeesto de la supra truo.En kvadranto II neniu apartigo de la fluo estas observita, ĉar la fluo estas tute limigita per la muroj de la flokulatoro.En kvadranto III, la akvo turniĝas je multe pli malalta aŭ pli malalta rapideco ol en la antaŭaj kvadrantoj.La akvo en kvadrantoj I kaj II estas movita (t.e. turnita aŭ elpuŝita) malsupren per la ago de la miksilo.Kaj en kvadranto III, la akvo estas elpuŝita per la klingoj de la agitanto.Estas evidente, ke la akvomaso en ĉi tiu loko rezistas la proksimiĝantan flokulan manikon.La kirlfluo en ĉi tiu kvadranto estas tute apartigita.Por kvadranto IV, la plej granda parto de la aerfluo super ventro 3 estas direktita direkte al la flokulatormuro kaj iom post iom perdas sian grandecon kiam la alteco pliiĝas al la supra malfermaĵo.
Krome, la centra loko inkludas kompleksajn flupadronojn kiuj dominas kvadrantojn III kaj IV, kiel montrite per la bluaj punktitaj elipsoj.Ĉi tiu markita areo havas nenion komunan kun la kirlfluo en la padelflokulatoro, ĉar la kirlmovo povas esti identigita.Tio estas kontraste al kvadrantoj I kaj II kie ekzistas klara apartigo inter interna fluo kaj plena rotacia fluo.
Kiel montrite en fig.6, komparante la rezultojn de IDDES kaj SST k-ω, la ĉefa diferenco inter la rapideckonturoj estas la grandeco de la rapideco tuj sub la klingo 3. La SST k-ω-modelo klare montras, ke etendita altrapida fluo estas portata de la klingo 3. kompare kun IDDES.
Alia diferenco povas esti trovita en kvadranto III.De la IDDES, kiel menciite pli frue, rotacia fluapartigo inter la flokulatorbrakoj notiĝis.Tamen, ĉi tiu pozicio estas forte trafita per la malalta rapideca fluo de la anguloj kaj la interno de la unua klingo.De SST k–ω por la sama loko, la konturlinioj montras relative pli altajn rapidecojn komparite kun IDDES ĉar ekzistas neniu kunflua fluo de aliaj regionoj.
Kvalita kompreno de la rapidecvektorkampoj kaj flulinioj estas postulata por ĝusta kompreno de la flukonduto kaj strukturo.Surbaze de ke ĉiu klingo estas 5 cm larĝa, sep rapidecpunktoj estis elektitaj trans la larĝo por disponigi reprezentan rapidecprofilon.Krome, kvanta kompreno de la grandeco de rapideco kiel funkcio de alteco super la klingosurfaco estas postulata intrigante la rapidecprofilon rekte super ĉiu klingosurfaco kaj super kontinua distanco de 2.5 cm vertikale ĝis alteco de 10 cm.Vidu S1, S2 kaj S3 en la figuro por pliaj informoj.Apendico A. Figuro 8 montras la similecon de la surfaca rapiddistribuo de ĉiu klingo (Y = 0.0) akirita per PIV-eksperimentoj kaj ANSYS-Fluenta analizo uzante IDDES kaj SST k-ω.Ambaŭ nombraj modeloj ebligas precize simuli la fluostrukturon sur la surfaco de la flokulaj klingoj.
Rapidecdistribuoj PIV, IDDES kaj SST k–ω sur la klingosurfaco.La x-akso reprezentas la larĝon de ĉiu folio en milimetroj, kie la origino (0 mm) reprezentas la maldekstran periferion de la folio kaj la fino (50 mm) reprezentas la dekstran periferion de la folio.
Oni klare vidas, ke la rapidecdistribuoj de la klingoj 2 kaj 3 estas montritaj en Fig.8 kaj Fig.8.S2 kaj S3 en Apendico A montras similajn tendencojn kun alteco, dum klingo 1 ŝanĝiĝas sendepende.La rapidecprofiloj de klingoj 2 kaj 3 iĝas perfekte rektaj kaj havas la saman amplitudon je alteco de 10 cm de la fino de la klingo.Ĉi tio signifas, ke la fluo iĝas unuforma ĉe ĉi tiu punkto.Tion oni klare vidas el la PIV-rezultoj, kiuj estas bone reproduktitaj de IDDES.Dume, la SST k–ω rezultoj montras kelkajn diferencojn, precipe je 4 rpm.
Gravas noti, ke klingo 1 konservas la saman formon de la rapidprofilo en ĉiuj pozicioj kaj ne estas normaligita en alteco, ĉar la kirlaĵo formita en la centro de la miksilo enhavas la unuan klingon de ĉiuj brakoj.Ankaŭ, kompare kun IDDES, PIV-klingaj rapidprofiloj 2 kaj 3 montris iomete pli altajn rapidecvalorojn ĉe la plej multaj lokoj ĝis ili estis preskaŭ egalaj je 10 cm super la klingosurfaco.
Afiŝtempo: Feb-26-2023