Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com.Tá tú ag baint úsáide as leagan brabhsálaí a bhfuil tacaíocht CSS teoranta aige.Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer).Ina theannta sin, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, taispeánann muid an suíomh gan stíleanna agus JavaScript.
Taispeánann sé timpeallán de thrí shleamhnán ag an am céanna.Bain úsáid as na cnaipí Roimhe agus Ar Aghaidh chun bogadh trí thrí shleamhnán ag an am, nó bain úsáid as na cnaipí sleamhnáin ag an deireadh chun bogadh trí thrí shleamhnán ag an am.
Sa staidéar seo, déantar hidridinimic an flocasúcháin a mheas trí imscrúdú turgnamhach agus uimhriúil ar an réimse treoluas sreafa suaite i flocasúchán paddle scála saotharlainne.Tá an sreabhadh suaite a chuireann comhiomlánú cáithníní nó briseadh floc chun cinn casta agus déantar é a mheas agus a chur i gcomparáid sa pháipéar seo ag baint úsáide as dhá mhúnla suaiteachta, eadhon SST k-ω agus IDDES.Léiríonn na torthaí go soláthraíonn IDDES feabhas an-bheag thar SST k-ω, atá leordhóthanach chun sreabhadh laistigh d'fhlocastóir paddle a insamhladh go cruinn.Úsáidtear an scór oiriúnach chun cóineasú torthaí PIV agus CFD a fhiosrú, agus chun torthaí na samhla suaiteachta CFD a úsáideadh a chur i gcomparáid.Díríonn an staidéar freisin ar an fachtóir duillín k a chainníochtú, atá 0.18 ag luasanna íseal 3 agus 4 rpm i gcomparáid leis an ngnáthluach tipiciúil de 0.25.Méadaíonn laghdú k ó 0.25 go 0.18 an chumhacht a sheachadtar chuig an sreabhach thart ar 27-30% agus méadaíonn sé an grádán treoluas (G) thart ar 14%.Ciallaíonn sé seo go mbaintear amach meascadh níos déine ná mar a bhíothas ag súil leis, dá bhrí sin ídítear níos lú fuinnimh, agus mar sin is féidir an tomhaltas fuinnimh in aonad flocasúcháin an ghléasra cóireála uisce óil a bheith níos ísle.
In íonú uisce, díchobhsaítear cáithníní colóideach beaga agus neamhíonachtaí trí théachtacha a chur leis, a chomhcheanglaíonn ansin chun flocasúchán a fhoirmiú ag an gcéim flocasúcháin.Tá calóga ceangailte go scaoilte le comhiomláin fractal de mhais, a bhaintear ansin trí shocrú.Cinneann airíonna cáithníní agus coinníollacha measctha leacht éifeachtacht an phróisis flocasúcháin agus cóireála.Teastaíonn corrú mall le haghaidh flocasúchán ar feadh tréimhse sách gearr agus go leor fuinnimh chun toirteanna móra uisce a chorraí1.
Le linn flocasúcháin, cinneann hidridinimic an chórais iomláin agus ceimic an idirghníomhaíocht théachtach-cháithníní an ráta ag a mbaintear amach dáileadh méid na gcáithníní seasta2.Nuair a imbhuaileann cáithníní, greamaíonn siad dá chéile3.Thuairiscigh Oyegbile, Ay4 go mbraitheann imbhuailtí ar mheicníochtaí iompair flocasúcháin idirleathadh Brownian, lomadh sreabhán agus socrú difreálach.Nuair a imbhuaileann na calóga, fásann siad agus sroicheann siad teorainn méide áirithe, rud a d'fhéadfadh briseadh a bheith mar thoradh air, toisc nach féidir leis na calóga fórsa na bhfórsaí hidridinimiciúla a sheasamh5.Athcheanglaíonn cuid de na calóga briste seo ina gceann níos lú nó den mhéid céanna6.Mar sin féin, is féidir le calóga láidre seasamh in aghaidh an fhórsa seo agus a méid a choinneáil agus fiú fás7.Thuairiscigh Yukselen agus Gregory8 ar staidéir a bhaineann le scriosadh calóga agus a gcumas athghiniúint, rud a léirigh go bhfuil teorainn leis an do-aisiompaitheacht.Bridgeman, d’úsáid Jefferson9 CFD chun meastachán a dhéanamh ar an tionchar áitiúil a bhíonn ag meánsreabhadh agus suaiteacht ar fhoirmiú agus ilroinnt floc trí ghrádáin luais áitiúla.In umair atá feistithe le lanna rótair, is gá an luas a imbhuaileann na comhiomláin le cáithníní eile a athrú nuair a bhíonn siad díchobhsaithe a dhóthain sa chéim téachta.Trí úsáid a bhaint as CFD agus luasanna rothlaithe níos ísle de thart ar 15 rpm, bhí Vadasarukkai agus Gagnon11 in ann luachanna G a bhaint amach maidir le flocasúchán le lanna cónúla, rud a laghdódh tomhaltas cumhachta le haghaidh corraí.Mar sin féin, d'fhéadfadh flocasúchán a bheith mar thoradh ar oibriú ag luachanna G níos airde.D'fhiosraigh siad an éifeacht a bheadh ag luas meascaithe ar ghrádán meántreoluas flocascaire paddle píolótach a chinneadh.Rothlaíonn siad ar luas níos mó ná 5 rpm.
D’úsáid Korpijärvi, Ahlstedt12 ceithre mhúnla suaiteachta éagsúla chun staidéar a dhéanamh ar an réimse sreafa ar bhinse tástála umar.Thomhais siad an réimse sreafa le ainéimiméadar léasair Doppler agus PIV agus chuir siad na torthaí ríofa i gcomparáid leis na torthaí tomhaiste.Tá modh eile molta ag de Oliveira agus Donadel13 chun grádáin luais ó airíonna hidridinimiciúla a mheas ag baint úsáide as CFD.Rinneadh an modh molta a thástáil ar shé aonad flocasúcháin bunaithe ar chéimseata héiliceach.measúnú ar éifeacht an ama coinneála ar flocasúchán agus mhol sé múnla flocasúcháin ar féidir a úsáid mar uirlis chun tacú le dearadh réasúnach cille le hamanna coinneála íseal14.Mhol Zhan, You15 comhshamhail CFD agus cothromaíocht daonra chun insamhail a dhéanamh ar shaintréithe sreafa agus ar iompar floc in flocasúchán lánscála.Rinne Llano-Serna, Coral-Portillo16 imscrúdú ar shaintréithe sreafa hidreaflocculator de chineál Cox i monarcha cóireála uisce i Viterbo, an Cholóim.Cé go bhfuil buntáistí ag baint le CFD, tá teorainneacha ann freisin amhail earráidí uimhriúla sna ríomhanna.Dá bhrí sin, ba cheart aon torthaí uimhriúla a fhaightear a scrúdú go cúramach agus anailís a dhéanamh orthu chun conclúidí criticiúla a bhaint amach17.Is beag staidéar atá sa litríocht ar dhearadh flocasóirí sciath cothrománach, agus tá na moltaí maidir le dearadh flocasóirí hidridinimiciúil teoranta18.Chen, d'úsáid Liao19 socrú turgnamhach bunaithe ar scaipthe solais polaraithe chun staid polaraithe an tsolais scaipthe ó cháithníní aonair a thomhas.D'úsáid Feng, Zhang20 Ansys-Fluent chun insamhail a dhéanamh ar dháileadh sruthanna eddy agus guairneáin i réimse sreafa flocculator pláta téachtach agus flocculator idir-roctha.Tar éis dó sreabhadh suaite sreabháin a insamhladh i flocastóir ag baint úsáide as Ansys-Fluent, d'úsáid Gavi21 na torthaí chun an flocasúchán a dhearadh.Thuairiscigh Vaneli agus Teixeira22 nach bhfuil tuiscint mhaith fós ar an gcaidreamh idir dinimic sreabhach flocasóirí feadáin bíseach agus an próiseas flocasúcháin chun tacú le dearadh réasúnach.de Oliveira agus Costa Teixeira23 staidéar ar an éifeachtúlacht agus léirigh siad airíonna hidridinimiciúil an flocculator feadán bíseach trí thurgnaimh fisice agus insamhaltaí CFD.Tá staidéar déanta ag go leor taighdeoirí ar imoibreoirí feadán coiled nó ar flocastóirí feadán coiled.Mar sin féin, tá faisnéis hidridinimiciúil mhionsonraithe ar fhreagairt na n-imoibreoirí sin ar dhearaí agus ar dhálaí oibriúcháin éagsúla fós in easnamh (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Cuireann Oliveira agus Teixeira26 torthaí bunaidh i láthair ó insamhaltaí teoiriciúla, turgnamhacha agus CFD de flocasúchán bíseach.Mhol Oliveira agus Teixeira27 corna bíseach a úsáid mar imoibreoir flocasúcháin téachtadh i gcomhar le gnáthchóras sciamhacháin.Tuairiscíonn siad go bhfuil difríocht shuntasach idir na torthaí a fhaightear maidir le héifeachtúlacht bhaint mhoirtiúlachta agus iad siúd a fhaightear le samhlacha a úsáidtear go coitianta chun flocasúchán a mheas, rud a thugann le tuiscint a bheith cúramach agus samhlacha den sórt sin á n-úsáid.Mhúnlaigh Moruzzi agus de Oliveira [28] iompar córas seomraí flocasúcháin leanúnaí faoi choinníollacha oibriúcháin éagsúla, lena n-áirítear éagsúlachtaí i líon na ndlísheomraí a úsáidtear agus úsáid grádáin luais sheasta nó scálaithe.Romphophak, Le Men29 Tomhais PIV ar threoluasanna meandracha i scairdghlantóirí leaththoiseacha.Fuair siad scaipeadh láidir scaird-spreagtha sa chrios flocasúcháin agus rátaí lomadh áitiúla agus meandracha measta.
Tuairiscíonn Shah, Joshi30 go dtugann CFD rogha eile suimiúil chun dearaí a fheabhsú agus tréithe sreabhadh fíorúla a fháil.Cuidíonn sé seo le socruithe turgnamhacha fairsinge a sheachaint.Tá CFD á úsáid níos mó chun anailís a dhéanamh ar ionaid chóireála uisce agus fuíolluisce (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).Tá turgnaimh déanta ag go leor imscrúdaitheoirí ar threalamh tástála cannaí (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) agus ar flocasóirí diosca bréifneach31.Bhain daoine eile úsáid as CFD chun hidreaflocculators a mheas (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Thuairiscigh Ghawi21 go dteastaíonn cothabháil rialta ar flocasóirí meicniúla mar is minic a bhriseann siad síos agus go dteastaíonn go leor leictreachais uathu.
Tá feidhmíocht flocculator paddle ag brath go mór ar hidridinimic an taiscumar.Tugtar faoi deara go soiléir sa litríocht an easpa tuisceana chainníochtúil ar na réimsí treoluas sreafa i bhflocsaitheoirí den sórt sin (Howe, Hand38; Hendricks39).Tá mais iomlán an uisce faoi réir ghluaiseacht an impeller flocculator, mar sin táthar ag súil le sciorradh.De ghnáth, tá an treoluas sreabhach níos lú ná an treoluas lann ag an fachtóir duillín k, a shainmhínítear mar an cóimheas idir an treoluas an chomhlachta uisce le treoluas an roth paddle.Thuairiscigh Bhole40 go bhfuil trí fhachtóir anaithnid le breithniú nuair a bhíonn flocasúchán á dhearadh, is iad sin an grádán treoluas, an comhéifeacht tarraingthe, agus treoluas coibhneasta an uisce i gcoibhneas leis an lann.
Tuairiscíonn Camp41, nuair a bhíonn meaisíní ardluais á meas, go bhfuil an luas thart ar 24% de luas an rotor agus chomh hard le 32% le haghaidh meaisíní ísealluais.In éagmais septa, d'úsáid Droste agus Ger42 luach ak de 0.25, agus i gcás septa, bhí k sa raon ó 0 go 0.15.Tugann Howe, Hand38 le fios go bhfuil k sa raon 0.2 go 0.3.Bhain Hendrix39 an fachtóir duillín le luas rothlach ag baint úsáide as foirmle eimpíreach agus bhain sé de thátal as go raibh an fachtóir duillín laistigh den raon a bhunaigh Camp41 freisin.Thuairiscigh Bratby43 go bhfuil k thart ar 0.2 le haghaidh luasanna impeller ó 1.8 go 5.4 rpm agus méaduithe go 0.35 le haghaidh luasanna impeller ó 0.9 go 3 rpm.Tuairiscíonn taighdeoirí eile raon leathan luachanna comhéifeacht tarraingthe (Cd) ó 1.0 go 1.8 agus luachanna comhéifeacht sleamhnú k ó 0.25 go 0.40 (Feir agus Geyer44; Hyde agus Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; agus Bratby agus Marais48 ).Ní léiríonn an litríocht dul chun cinn suntasach maidir le k a shainiú agus a chainníochtú ó shaothar Camp41.
Tá an próiseas flocasúcháin bunaithe ar shuaiteacht chun imbhuailtí a éascú, áit a n-úsáidtear an grádán treoluas (G) chun suaiteacht/flocasúchán a thomhas.Is éard is meascadh ann ná an próiseas chun ceimiceáin a scaipeadh go tapa agus go cothrom in uisce.Déantar méid an mheasctha a thomhas leis an ngrádán treoluas:
áit a bhfuil G = grádán treoluas (sec-1), P = ionchur cumhachta (W), V = toirt an uisce (m3), μ = slaodacht dhinimiciúil (Pa s).
Dá airde an luach G, is amhlaidh is mó measctha.Tá meascadh críochnúil riachtanach chun téachtadh aonfhoirmeach a chinntiú.Léiríonn an litríocht gurb iad na paraiméadair dearaidh is tábhachtaí ná am (t) agus grádán treoluas (G) a mheascadh.Tá an próiseas flocasúcháin bunaithe ar shuaiteacht chun imbhuailtí a éascú, áit a n-úsáidtear an grádán treoluas (G) chun suaiteacht/flocasúchán a thomhas.Is iad na gnáthluachanna dearaidh do G ná 20 go 70 s–1, is é t 15 go 30 nóiméad, agus Gt (gan toise) 104 go 105. Is fearr a oibríonn umair mheascáin mhear le luachanna G de 700 go 1000, le ham fanacht thart ar 2 nóiméad.
áit arb é P an chumhacht a thugann gach lann flocsúir don leacht, is é N an luas rothlaithe, is é b fad an lann, is é ρ an dlús uisce, is é r an ga, agus is é k an comhéifeacht sciorrtha.Cuirtear an chothromóid seo i bhfeidhm ar gach lann ina n-aonar agus déantar na torthaí a achoimriú chun ionchur cumhachta iomlán an flocastóra a thabhairt.Léiríonn staidéar cúramach ar an gcothromóid seo an tábhacht a bhaineann leis an bhfachtóir sciorrtha k i bpróiseas deartha flocastóra paddle.Ní shonraíonn an litríocht luach beacht k, ach ina ionad sin molann sé raon mar a dúradh cheana.Mar sin féin, tá an gaol idir an chumhacht P agus an comhéifeacht sciorrtha k ciúbach.Mar sin, ar choinníoll go bhfuil na paraiméadair go léir mar an gcéanna, mar shampla, le hathrú k ó 0.25 go 0.3 beidh laghdú thart ar 20% ar an gcumhacht a tharchuirtear chuig an sreabhach in aghaidh an lann, agus laghdófar k ó 0.25 go 0.18 di.thart ar 27-30% in aghaidh an eite Thug an chumhacht don sreabhach.I ndeireadh na dála, is gá imscrúdú a dhéanamh ar éifeacht k ar dhearadh flocasúchán paddle inbhuanaithe trí chainníochtú teicniúil.
Éilíonn cainníochtú cruinn eimpíreach ar sciorradh léirshamhlú sreafa agus insamhalta.Dá bhrí sin, tá sé tábhachtach cur síos a dhéanamh ar luas tadhlaíoch an lann in uisce ag luas rothlach áirithe ag achair gathacha éagsúla ón seafta agus ag doimhneachtaí difriúla ón dromchla uisce chun éifeacht na suíomhanna lann éagsúla a mheas.
Sa staidéar seo, déantar hidridinimic an flocasúcháin a mheas trí imscrúdú turgnamhach agus uimhriúil ar an réimse treoluas sreafa suaite i flocasúchán paddle scála saotharlainne.Taifeadtar na tomhais PIV ar an flocastóir, rud a chruthaíonn comhrianta treoluas ama-mheánacha a thaispeánann treoluas na gcáithníní uisce timpeall na duilleoga.Ina theannta sin, baineadh úsáid as ANSYS-Fluent CFD chun an sreabhadh guairneáin taobh istigh den flocculator a insamhail agus chun comhrianta treoluas am-ama a chruthú.Deimhníodh an tsamhail CFD mar thoradh air trí mheasúnú a dhéanamh ar an gcomhfhreagras idir na torthaí PIV agus CFD.Tá fócas na hoibre seo ar chainníochtú an chomhéifeacht sciorrtha k, atá ina pharaiméadar dearaidh gan toise d'fhlocaltóir paddle.Soláthraíonn an obair a chuirtear i láthair anseo bonn nua chun an chomhéifeacht sciorrtha k ag luasanna ísle de 3 rpm agus 4 rpm a chainníochtú.Cuireann impleachtaí na dtorthaí go díreach le tuiscint níos fearr ar hidridinimic an umar flocasúcháin.
Is éard atá sa flocculator saotharlainne ná bosca dronuilleogach barr oscailte le airde foriomlán 147 cm, airde 39 cm, leithead foriomlán 118 cm, agus fad iomlán 138 cm (Fíor 1).Baineadh úsáid as na príomhchritéir dearaidh a d'fhorbair Camp49 chun flocastóir paddle scála saotharlainne a dhearadh agus prionsabail na hanailíse toisí a chur i bhfeidhm.Tógadh an áis thurgnamhach ag Saotharlann Innealtóireachta Comhshaoil Ollscoil Mheiriceá na Liobáine (Byblos, an Liobáin).
Tá an ais chothrománach suite ag airde 60 cm ón mbun agus freastal ar dhá roth paddle.Is éard atá i ngach roth paddle ná 4 paddle le 3 stuáil ar gach stuáil ar feadh 12 paddle.Éilíonn flocasúchán corrú mín ag luas íseal 2 go 6 rpm.Is iad na luasanna meascáin is coitianta in flocastóirí ná 3 rpm agus 4 rpm.Tá an sreabhadh flocasúchán scála saotharlainne deartha chun an sreabhadh in urrann umar flocasúcháin gléasra cóireála uisce óil a léiriú.Ríomhtar an chumhacht ag baint úsáide as an gcothromóid thraidisiúnta 42 .Don dá luas rothlaithe, tá an grádán luais \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) níos mó ná 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) , léiríonn an uimhir Reynolds sreabhadh suaite (Tábla 1).
Úsáidtear PIV chun tomhais chruinne agus chainníochtúla a bhaint amach ar veicteoirí treoluas sreabháin ag an am céanna ag líon an-mhór pointí50.Áiríodh leis an socrú turgnamhach flocculator paddle ar scála saotharlainne, córas LaVision PIV (2017), agus truicear braiteoir léasair seachtrach Arduino.Chun próifílí treoluas meán-ama a chruthú, taifeadadh íomhánna PIV go seicheamhach ag an suíomh céanna.Déantar an córas PIV a chalabrú sa chaoi is go bhfuil an limistéar sprice ag lárphointe fad gach ceann de na trí lann de ghéag stuála ar leith.Is éard atá sa truicear seachtrach léasair atá suite ar thaobh amháin den leithead flocculator agus glacadóir braite ar an taobh eile.Gach uair a bhlocálann an lámh flocculator an cosán léasair, seoltar comhartha chuig an gcóras PIV chun íomhá a ghabháil leis an léasair PIV agus ceamara sioncronaithe le haonad uainiúcháin in-ríomhchláraithe.Ar fig.Léiríonn 2 suiteáil an chórais PIV agus an próiseas fála íomhá.
Cuireadh tús le taifeadadh PIV tar éis an flocculator a oibriú ar feadh 5-10 nóiméad chun an sreabhadh a normalú agus an réimse innéacs athraonta céanna a chur san áireamh.Baintear calabrú amach trí phláta calabrúcháin a úsáid atá tumtha sa flocculator agus a chuirtear ag lárphointe fad an lann spéise.Coigeartaigh suíomh an léasair PIV chun bileog solais chomhréidh a fhoirmiú díreach os cionn an phláta calabrúcháin.Taifead na luachanna tomhaiste do gach luas rothlaithe de gach lann, agus is iad na luasanna rothlaithe a roghnaíodh don turgnamh ná 3 rpm agus 4 rpm.
I gcás gach taifeadta PIV, socraíodh an t-eatramh ama idir dhá bhaga léasair sa raon ó 6900 go 7700 µs, rud a cheadaigh díláithriú cáithníní íosta de 5 picteilín.Rinneadh trialacha píolótacha ar líon na n-íomhánna a theastaíonn chun tomhais chruinne a fháil ar an meán-am.Rinneadh comparáid idir staitisticí veicteora do shamplaí ina raibh 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240, agus 280 íomhá.Fuarthas sampla de 240 íomhá a thug torthaí cobhsaí meán-ama ós rud é go bhfuil gach íomhá comhdhéanta de dhá fhráma.
Ós rud é go bhfuil an sreabhadh sa flocculator suaite, tá gá le fuinneog bheag cheistiúcháin agus líon mór cáithníní chun struchtúir suaiteacha beaga a réiteach.Cuirtear roinnt atriallta laghdaithe méide i bhfeidhm mar aon le algartam tras-chomhghaolaithe chun cruinneas a chinntiú.Lean méid fuinneog vótaíochta tosaigh de 48 × 48 picteilín le forluí 50% agus próiseas oiriúnaithe amháin le méid fuinneog vótaíochta deiridh de 32 × 32 picteilín le forluí 100% agus dhá phróiseas oiriúnaithe.Ina theannta sin, baineadh úsáid as sféir log gloine mar cháithníní síolta sa sreabhadh, rud a cheadaigh 10 gcáithníní ar a laghad in aghaidh an fhuinneog vótaíochta.Déantar taifeadadh PIV a spreagadh le foinse truicear in Aonad Uainithe In-ríomhchláraithe (PTU), atá freagrach as an bhfoinse léasair agus an ceamara a oibriú agus a shioncronú.
Baineadh úsáid as an bpacáiste CFD tráchtála ANSYS Fluent v 19.1 chun an tsamhail 3D a fhorbairt agus na cothromóidí sreafa bunúsacha a réiteach.
Ag baint úsáide as ANSYS-Fluent, cruthaíodh samhail 3D de flocastóir paddle ar scála saotharlainne.Déantar an tsamhail i bhfoirm bosca dronuilleogach, comhdhéanta de dhá roth paddle atá suite ar ais chothrománach, cosúil leis an tsamhail saotharlainne.Tá an tsamhail gan saorchlár 108 cm ar airde, 118 cm ar leithead agus 138 cm ar fad.Tá plána sorcóireach cothrománach curtha thart ar an meascthóir.Ba cheart go gcuirfeadh giniúint eitleáin sorcóireach rothlú an mheascthóra iomláin i bhfeidhm le linn na céime suiteála agus insamhail a dhéanamh ar an réimse sreabhadh rothlach taobh istigh den flocculator, mar a thaispeántar i bhFíor 3a.
Léaráid céimseata 3D ANSYS-líofa agus samhail, mogalra comhlacht flocculator ANSYS-líofa ar an eitleán spéise, léaráid ANSYS-líofa ar an eitleán spéise.
Tá dhá réigiún i gcéimseata an mhúnla, agus is sreabhán gach ceann acu.Baintear é seo amach ag baint úsáide as an bhfeidhm dhealú loighciúil.Bain an sorcóir (lena n-áirítear meascthóir) as an mbosca ar dtús chun an leacht a léiriú.Ansin bain an meascthóir as an sorcóir, agus mar thoradh air sin tá dhá rud ann: an meascthóir agus an leacht.Ar deireadh, cuireadh comhéadan sleamhnáin i bhfeidhm idir an dá réimse: comhéadan sorcóir-sorcóir agus comhéadan meascthóir sorcóir (Fíor 3a).
Tá meshing na múnlaí tógtha i gcrích chun freastal ar riachtanais na múnlaí suaiteachta a úsáidfear chun na insamhaltaí uimhriúla a rith.Baineadh úsáid as mogalra neamhstruchtúrtha le sraitheanna leathnaithe in aice leis an dromchla soladach.Cruthaigh sraitheanna leathnaithe do na ballaí go léir le ráta fáis 1.2 chun a chinntiú go ngabhtar patrúin sreafa casta, le tiús an chéad chiseal de \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m chun a chinntiú go bhfuil \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) ( { \text {y))^{+}\le 1.0\).Déantar méid an choirp a choigeartú trí úsáid a bhaint as modh feistiú teitrihéadrán.Cruthaítear taobh tosaigh de dhá chomhéadain le méid eiliminte 2.5 × \({10}^{-3}\) m, agus méid tosaigh meascthóir de 9 × \({10}^{-3}\ ) m i bhfeidhm.Bhí 2144409 eilimint (Fíor 3b) sa mhogalra ginte tosaigh.
Roghnaíodh samhail suaiteachta k–ε dhá pharaiméadar mar bhunsamhail tosaigh.Chun an sreabhadh swirling taobh istigh den flocculator a insamhladh go cruinn, roghnaíodh samhail níos costasaí ó thaobh ríomha.Rinneadh imscrúdú uimhriúil ar an sreabhadh suaite suaite taobh istigh den flocculator ag baint úsáide as dhá mhúnla CFD: SST k–ω51 agus IDDES52.Cuireadh torthaí an dá mhúnla i gcomparáid le torthaí turgnamhacha PIV chun na samhlacha a bhailíochtú.Gcéad dul síos, is samhail de shlaodacht suaite dhá chothromóid é an tsamhail suaiteachta SST k-ω le haghaidh feidhmeanna dinimic sreabhach.Samhail hibrideach é seo a chomhcheanglaíonn samhlacha Wilcox k-ω agus k-ε.Gníomhaíonn an fheidhm mheascadh múnla Wilcox in aice leis an mballa agus an tsamhail k-ε sa sreabhadh atá ag teacht.Cinntíonn sé seo go n-úsáidtear an tsamhail cheart ar fud an réimse sreafa.Déanann sé deighilt sreafa a thuar go cruinn de bharr grádáin brú díobhálacha.Ar an dara dul síos, roghnaíodh an modh Insamhladh Eddy Iarchurtha Casta (IDDES), a úsáidtear go forleathan i múnla Insamhladh Eddy Aonair (DES) leis an tsamhail SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes).Is samhail hibrideach RANS-LES (ionsamhalta mór eddy) é IDDES a sholáthraíonn samhail insamhalta scálaithe réitigh (SRS) atá níos solúbtha agus níos éasca le húsáid.Tá sé bunaithe ar an tsamhail LES chun corrlaigh mhóra a réiteach agus filleann sé ar SST k-ω chun insamhladh a dhéanamh ar eddies ar scála beag.Rinneadh anailís staitistiúil ar thorthaí na n-ionsamhlúcháin SST k-ω agus IDDES a chur i gcomparáid leis na torthaí PIV chun an tsamhail a bhailíochtú.
Roghnaíodh samhail suaiteachta k–ε dhá pharaiméadar mar bhunsamhail tosaigh.Chun an sreabhadh swirling taobh istigh den flocculator a insamhladh go cruinn, roghnaíodh samhail níos costasaí ó thaobh ríomha.Rinneadh imscrúdú uimhriúil ar an sreabhadh suaite suaite taobh istigh den flocculator ag baint úsáide as dhá mhúnla CFD: SST k–ω51 agus IDDES52.Cuireadh torthaí an dá mhúnla i gcomparáid le torthaí turgnamhacha PIV chun na samhlacha a bhailíochtú.Gcéad dul síos, is samhail de shlaodacht suaite dhá chothromóid é an tsamhail suaiteachta SST k-ω le haghaidh feidhmeanna dinimic sreabhach.Samhail hibrideach é seo a chomhcheanglaíonn samhlacha Wilcox k-ω agus k-ε.Gníomhaíonn an fheidhm mheascadh múnla Wilcox in aice leis an mballa agus an tsamhail k-ε sa sreabhadh atá ag teacht.Cinntíonn sé seo go n-úsáidtear an tsamhail cheart ar fud an réimse sreafa.Déanann sé deighilt sreafa a thuar go cruinn de bharr grádáin brú díobhálacha.Ar an dara dul síos, roghnaíodh an modh Insamhladh Eddy Iarchurtha Casta (IDDES), a úsáidtear go forleathan i múnla Insamhladh Eddy Aonair (DES) leis an tsamhail SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes).Is samhail hibrideach RANS-LES (ionsamhalta mór eddy) é IDDES a sholáthraíonn samhail insamhalta scálaithe réitigh (SRS) atá níos solúbtha agus níos éasca le húsáid.Tá sé bunaithe ar an tsamhail LES chun corrlaigh mhóra a réiteach agus filleann sé ar SST k-ω chun insamhladh a dhéanamh ar eddies ar scála beag.Rinneadh anailís staitistiúil ar thorthaí na n-ionsamhlúcháin SST k-ω agus IDDES a chur i gcomparáid leis na torthaí PIV chun an tsamhail a bhailíochtú.
Bain úsáid as tuaslagóir díomuana brú-bhunaithe agus úsáid domhantarraingthe sa treo Y.Baintear amach an rothlú trí thairiscint mogalra a shannadh don mheascóir, áit a bhfuil bunús an ais uainíochta i lár an ais chothrománaigh agus go bhfuil treo an ais uainíochta sa treo Z.Cruthaítear comhéadan mogalra don dá chomhéadan céimseata mhúnla, rud a fhágann go bhfuil dhá imill bhosca theorannacha ann.Mar atá sa teicníc turgnamhach, comhfhreagraíonn an luas rothlaithe do 3 agus 4 réabhlóidí.
Socraíodh na coinníollacha teorann do bhallaí an mheasctóra agus an flocculator ag an mballa, agus socraíodh oscailt barr an flocculator ag an asraon le brú tomhais nialasach (Fíor 3c).Scéim chumarsáide brú-treoluas SIMPLÍ, spás grádán na bhfeidhmeanna dara hord a dhiscréidiú agus na paraiméadair go léir bunaithe ar na heilimintí cearnóga ar a laghad.Is é an critéar um chóineasú do gach athróg sreafa ná an t-iarmharach scálaithe 1 x \({10}^{-3}\).Is é 20 an líon uasta atriallta in aghaidh na céime ama, agus comhfhreagraíonn méid na céime ama do rothlú 0.5 °.Tagann an réiteach le chéile ag an 8ú atriall don tsamhail SST k–ω agus ag an 12ú atriall ag baint úsáide as IDDES.Ina theannta sin, ríomhadh líon na gcéimeanna ama ionas go ndearna an meascthóir 12 réabhlóid ar a laghad.Cuir sampláil sonraí i bhfeidhm ar staitisticí ama tar éis 3 rothlú, rud a cheadaíonn an sreabhadh a normalú, cosúil leis an nós imeachta turgnamhach.Nuair a dhéantar comparáid idir aschur na lúb luais do gach réabhlóid, tugtar na torthaí díreacha céanna do na ceithre réabhlóidí deiridh, rud a léiríonn go bhfuil staid sheasta bainte amach.Níor fheabhsaigh na hathbhreithnithe breise na comhrianta meánluais.
Sainmhínítear an chéim ama maidir leis an luas rothlaithe, 3 rpm nó 4 rpm.Déantar an chéim ama a scagadh go dtí an t-am a theastaíonn chun an meascthóir a rothlú 0.5°.Is leor é seo, ós rud é go dtagann an réiteach le chéile go héasca, mar a thuairiscítear san alt roimhe seo.Mar sin, rinneadh na ríomhanna uimhriúla go léir don dá mhúnla suaiteachta agus úsáid á baint as céim ama leasaithe de 0.02 \(\ stackrel{\mathrm{-}}{7}\) le haghaidh 3 rpm, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-} {3}\) 4 rpm.Maidir le céim ama mionchoigeartaithe ar leith, is lú ná 1.0 an uimhir Cúirtéireachta de chill i gcónaí.
Chun spleáchas mogaill mhúnla a iniúchadh, fuarthas torthaí ar dtús ag baint úsáide as an mogalra bunaidh 2.14M agus ansin an mogalra scagtha 2.88M.Baintear mionchoigeartú greille amach trí mhéid cille an chomhlachta meascáin a laghdú ó 9 × \({10}^{-3}\) m go 7 × \({10}^{-3}\) m.Maidir le mogaill bhunaidh agus scagtha suaiteacht an dá mhúnla, rinneadh comparáid idir meánluachanna na modúl treoluas in áiteanna éagsúla timpeall an lann.Is é an difríocht chéatadáin idir na torthaí ná 1.73% don tsamhail SST k–ω agus 3.51% do mhúnla IDDES.Léiríonn IDDES difríocht céatadáin níos airde toisc gur samhail hibrideach RANS-LES é.Measadh na difríochtaí seo a bheith neamhshuntasach, mar sin rinneadh an t-ionsamhlú ag baint úsáide as an mogalra bunaidh le 2.14 milliún eilimint agus céim ama rothlaithe 0.5 °.
Scrúdaíodh in-atáirgtheacht na dtorthaí turgnamhacha trí gach ceann de na sé thurgnamh a dhéanamh an dara huair agus na torthaí a chur i gcomparáid.Déan comparáid idir na luachanna luais ag lár an lann in dhá shraith turgnaimh.Ba é an meándifríocht céatadáin idir an dá ghrúpa turgnamhacha ná 3.1%.Rinneadh an córas PIV a athchalabrú go neamhspleách freisin do gach turgnamh.Déan comparáid idir an luas a ríomhtar go hanailíseach i lár gach lann agus an luas PIV ag an suíomh céanna.Léiríonn an chomparáid seo an difríocht le earráid chéatadáin uasta de 6.5% le haghaidh lann 1.
Sula ndéantar an fachtóir duillín a chainníochtú, is gá tuiscint eolaíoch a dhéanamh ar choincheap na duillín i flocculator paddle, rud a éilíonn staidéar a dhéanamh ar an struchtúr sreabhadh timpeall paddles an flocculator.Go coincheapúil, tá an comhéifeacht duillín tógtha isteach i ndearadh flocasóirí paddle chun luas na lanna i gcoibhneas leis an uisce a chur san áireamh.Molann an litríocht go mbeadh an luas seo cothrom le 75% den luas lann, mar sin is gnách go n-úsáideann formhór na ndearaí ak de 0.25 chun cuntas a thabhairt ar an gcoigeartú seo.Éilíonn sé seo go n-úsáidfear sruthlínte treoluas a dhíorthaítear ó thurgnaimh PIV chun réimse treoluas an tsreafa a thuiscint go hiomlán agus staidéar a dhéanamh ar an duillín seo.Is é lann 1 an lann is gaire don seafta, is é lann 3 an lann is forimeallaí, agus is é lann 2 an lann lár.
Léiríonn na sruthlínte treoluas ar lann 1 sreabhadh díreach rothlach timpeall an lann.Eascraíonn na patrúin sreafa seo ó phointe ar thaobh na láimhe deise den lann, idir an rótar agus an lann.Ag féachaint ar an limistéar atá léirithe ag an mbosca poncanna dearga i bhFíor 4a, tá sé suimiúil gné eile den sreabhadh athfhillte a aithint thuas agus timpeall an lann.Léiríonn léirshamhlú sreafa sreabhadh beag isteach sa chrios athfhillte.Téann an sreabhadh seo ó thaobh na láimhe deise den lann ag airde thart ar 6 cm ó dheireadh an lann, b'fhéidir mar gheall ar thionchar an chéad lann den lámh roimh an lann, atá le feiceáil san íomhá.Léiríonn léirshamhlú sreafa ag 4 rpm an t-iompar agus an struchtúr céanna, is cosúil le luasanna níos airde.
Réimse treoluas agus graif reatha de thrí lann ag dhá luas rothlaithe de 3 rpm agus 4 rpm.Is é meánluas uasta na dtrí lann ag 3 rpm ná 0.15 m/s, 0.20 m/s agus 0.16 m/s faoi seach, agus is é an meánluas uasta ag 4 rpm ná 0.15 m/s, 0.22 m/s agus 0.22 m/ s, faoi seach.ar thrí leathán.
Fuarthas foirm eile de shreabhadh héiliciúil idir eite 1 agus 2. Léiríonn an réimse veicteora go soiléir go bhfuil an sreabhadh uisce ag gluaiseacht aníos ó bhun eite 2, mar atá léirithe ag treo an veicteora.Mar a léirítear sa bhosca poncaithe i bhFíor 4b, ní théann na veicteoirí seo suas go ceartingearach ó dhromchla an lann, ach casann siad ar dheis agus íslíonn siad de réir a chéile.Ar dhromchla an lann 1, déantar idirdhealú a dhéanamh ar veicteoirí anuas, a théann i dtreo an dá lann agus timpeall orthu ón sreabhadh athfhillte a fhoirmítear eatarthu.Socraíodh an struchtúr sreabhadh céanna ag an dá luas rothlaithe le aimplitiúid luas níos airde de 4 rpm.
Ní chuireann réimse treoluas lann 3 go mór le veicteoir treoluas an lann roimhe seo a cheanglaíonn an sreabhadh faoi bhun lann 3. Tá an príomhshreabhadh faoi lann 3 mar gheall ar ardú veicteoir an treoluas ingearach leis an uisce.
Is féidir na veicteoirí treoluas thar dhromchla an lann 3 a roinnt i dtrí ghrúpa, mar a thaispeántar i bhFíor 4c.Is é an chéad sraith an ceann ar imeall ceart an lann.Tá an struchtúr sreafa sa phost seo díreach ar dheis agus suas (ie i dtreo lann 2).Is é an dara grúpa lár an lann.Tá an veicteoir treoluas don suíomh seo dírithe díreach suas, gan aon diall agus gan rothlú.Cinneadh an laghdú ar an luach treoluas le méadú ar an airde os cionn deireadh an lann.Maidir leis an tríú grúpa, atá suite ar imeall clé na lanna, déantar an sreabhadh a dhíriú láithreach ar an taobh clé, ie go balla an flocculator.Téann an chuid is mó den sreabhadh a léiríonn an veicteoir treoluas suas, agus téann cuid den sreabhadh síos go cothrománach.
Baineadh úsáid as dhá mhúnla suaiteachta, SST k–ω agus IDDES, chun próifílí treoluas am-mheánmhéide a thógáil do 3 rpm agus 4 rpm san eitleán meánfhad lanna.Mar a léirítear i bhFíor 5, baintear staid sheasta amach trí chosúlacht iomlán a bhaint amach idir na comhrianta treoluas a chruthaíonn ceithre rothlú comhleanúnacha.Ina theannta sin, taispeántar na comhrianta treoluas meán-ama arna nginiúint ag IDDES i bhFíor 6a, agus taispeántar na próifílí treoluas am-mheánaithe ginte ag SST k – ω in Fíor 6a.6b.
Ag baint úsáide as IDDES agus lúba treoluas am-mheánach ginte ag SST k–ω, tá comhréir níos airde de lúba treoluas ag IDDES.
Scrúdaigh go cúramach an próifíl luas a cruthaíodh le IDDES ag 3 rpm mar a thaispeántar i bhFíor 7. Rothlaíonn an meascthóir deiseal agus pléitear an sreabhadh de réir na nótaí a thaispeántar.
Ar fig.7 is féidir a fheiceáil go bhfuil scaradh sreabhadh ar dhromchla an lann 3 sa cheathrú I, ós rud é nach bhfuil srian ar an sreabhadh mar gheall ar láithreacht an poll uachtair.I gceathrú II ní breathnaítear aon scaradh ar an sreabhadh, ós rud é go bhfuil an sreabhadh teoranta go hiomlán ag ballaí an flocsúir.I gceathrú III, rothlaíonn an t-uisce ar luas i bhfad níos ísle nó níos ísle ná mar a bhí sna ceathrúna roimhe seo.Bogtar an t-uisce i gceathrúna I agus II (.i. rothlaithe nó brú amach) anuas trí ghníomhú an mheascthóra.Agus i gceathrú III, tá an t-uisce á bhrú amach ag lanna an agitator.Is léir go seasann mais an uisce san áit seo leis an muinchille flocsúir atá ag druidim linn.Tá an sreabhadh rothlach sa cheathrú seo scartha go hiomlán.I gcás ceathrún IV, dírítear an chuid is mó den sreabhadh aeir os cionn eite 3 i dtreo an bhalla flocculator agus cailleann sé a mhéid de réir a chéile de réir mar a mhéadaíonn an airde go dtí an oscailt barr.
Ina theannta sin, cuimsíonn an suíomh lárnach patrúin sreafa casta atá i gceannas ar cheathrúin III agus IV, mar a léiríonn na héilipsí poncanna gorma.Níl baint ar bith ag an limistéar marcáilte seo leis an sreabhadh guairneáin sa flocastóir paddle, toisc gur féidir an tairiscint guairneáin a aithint.Tá sé seo i gcodarsnacht le ceathrúna I agus II áit a bhfuil deighilt shoiléir idir sreabhadh inmheánach agus sreabhadh iomlán rothlach.
Mar a thaispeántar i bhfíor.6, torthaí IDDES agus SST k-ω a chur i gcomparáid, is é an príomhdhifríocht idir na comhrianta treoluas ná méid an treoluas díreach faoi bhun an lann 3. Léiríonn an tsamhail SST k-ω go soiléir go bhfuil sreabhadh ard-treoluas leathnaithe á iompar ag lann 3. i gcomparáid le IDDES.
Is féidir difríocht eile a fháil i gceathrú III.Ón IDDES, mar a luadh níos luaithe, tugadh faoi deara deighilt sreafa rothlacha idir na hairm flocculator.Mar sin féin, bíonn tionchar láidir ag an sreabhadh íseal-treoluas ó na coirnéil agus ón taobh istigh den chéad lann ar an suíomh seo.Ó SST k–ω don suíomh céanna, taispeánann na línte comhrianta treoluasanna réasúnta níos airde i gcomparáid le IDDES toisc nach bhfuil aon sreabhadh comhréire ó réigiúin eile.
Teastaíonn tuiscint cháilíochtúil ar réimsí agus sruthlínte an veicteora treoluas chun tuiscint cheart a fháil ar iompar agus ar struchtúr an tsreafa.Ós rud é go bhfuil gach lann 5 cm ar leithead, roghnaíodh seacht bpointe treoluas trasna an leithead chun próifíl treoluas ionadaíoch a sholáthar.Ina theannta sin, tá gá le tuiscint chainníochtúil ar mhéid an treoluas mar fheidhm airde os cionn an dromchla lann tríd an bpróifíl treoluas a bhreacadh go díreach thar gach dromchla lann agus thar achar leanúnach 2.5 cm go hingearach suas go dtí airde 10 cm.Féach S1, S2 agus S3 san fhigiúr le haghaidh tuilleadh eolais.Aguisín A. Léiríonn Fíor 8 cosúlacht dáileadh treoluas dromchla gach lann (Y = 0.0) a fhaightear trí thurgnaimh PIV agus anailís ANSYS-líofa ag baint úsáide as IDDES agus SST k-ω.Fágann an dá mhúnla uimhriúil gur féidir an struchtúr sreafa ar dhromchla na lanna flocstóra a insamhail go cruinn.
Dáiltí treoluas PIV, IDDES agus SST k–ω ar dhromchla an lann.Léiríonn an x-ais leithead gach leatháin ina milliméadair, agus an bunús (0 mm) ag léiriú imeall clé an leatháin agus an foirceann (50 mm) ag léiriú imeall dheis na bileoige.
Feictear go soiléir go léirítear dáiltí luais na lanna 2 agus 3 i bhFíor.8 agus Fíor.8.Léiríonn S2 agus S3 in Aguisín A treochtaí cosúla le hairde, agus athraíonn lann 1 go neamhspleách.Éiríonn próifílí treoluas na lanna 2 agus 3 go foirfe díreach agus tá an aimplitiúid chéanna acu ag airde 10 cm ó dheireadh na lann.Ciallaíonn sé seo go n-éiríonn an sreabhadh aonfhoirmeach ag an bpointe seo.Tá sé seo le feiceáil go soiléir ó thorthaí PIV, a atáirgeadh go maith ag IDDES.Idir an dá linn, léiríonn torthaí SST k–ω roinnt difríochtaí, go háirithe ag 4 rpm.
Tá sé tábhachtach a thabhairt faoi deara go gcoimeádann lann 1 an cruth céanna ar an bpróifíl treoluas i ngach suíomh agus nach bhfuil sé normalaithe ar airde, ós rud é go bhfuil an chéad lann de gach arm sa chuisle a foirmíodh i lár an mheascthóra.Chomh maith leis sin, i gcomparáid le IDDES, léirigh próifílí luais lann PIV 2 agus 3 luachanna luais beagán níos airde ag formhór na n-áiteanna go dtí go raibh siad beagnach comhionann ag 10 cm os cionn dhromchla an lann.
Am postála: Dec-27-2022