PIV na CFD ọmụmụ nke hydrodynamics nke paddle flocculation na obere ntụgharị ọsọ

Daalụ maka ileta Nature.com.Ị na-eji ụdị ihe nchọgharị nwere oke nkwado CSS.Maka ahụmịhe kachasị mma, anyị na-akwado ka ị jiri ihe nchọgharị emelitere (ma ọ bụ gbanyụọ ọnọdụ ndakọrịta na Internet Explorer).Na mgbakwunye, iji hụ na nkwado na-aga n'ihu, anyị na-egosi saịtị na-enweghị ụdị na Javascript.
Na-egosiputa carousel nke slide atọ n'otu oge.Jiri bọtịnụ gara aga na nke na-esote ịgafe na slide atọ n'otu oge, ma ọ bụ jiri bọtịnụ mmịfe na njedebe ka ịgafe slide atọ n'otu oge.
N'ime ọmụmụ ihe a, a na-enyocha hydrodynamics nke flocculation site na nyocha nnwale na ọnụọgụgụ nke ọgba aghara na-agba ọsọ n'ime ụlọ nyocha paddle flocculator.Ọgba aghara nke na-akwalite nchịkọta ihe ma ọ bụ floc breakup dị mgbagwoju anya ma na-atụle ma jiri ya tụnyere akwụkwọ a na-eji ụdị ọgba aghara abụọ, ya bụ SST k-ω na IDDES.Nsonaazụ na-egosi na IDDES na-enye nkwalite dị ntakịrị karịa SST k-ω, nke zuru oke iji mee ka ọ dị n'ụzọ ziri ezi n'ime flocculator paddle.A na-eji akara dabara adaba iji nyochaa njikọta nke nsonaazụ PIV na CFD, yana atụnyere nsonaazụ nke ụdị ọgba aghara CFD ejiri.Ọmụmụ ihe a na-elekwasịkwa anya n'ịkọba ihe na-amị amị k, nke bụ 0.18 na obere ọsọ nke 3 na 4 rpm ma e jiri ya tụnyere uru 0.25 na-emekarị.Mbelata k site na 0.25 ruo 0.18 na-abawanye ike a na-enyefe na mmiri ahụ site n'ihe dịka 27-30% ma na-abawanye gradient (G) site na ihe dịka 14%.Nke a pụtara na a na-enweta ngwakọta kpụ ọkụ n'ọnụ karịa ka a tụrụ anya ya, ya mere a na-eri obere ume, ya mere oriri ike na mpaghara flocculation nke ụlọ ọrụ mmiri ọṅụṅụ nwere ike ịdị ala.
N'ime nchacha mmiri, mgbakwunye nke coagulant na-emebi obere ụmụ irighiri ihe colloidal na adịghị ọcha, nke na-ejikọta na-etolite flocculation na flocculation ogbo.A na-ekekọta flakes na-adịghị mma nke mkpokọta fractal, nke a na-ewepụ ya site na idozi.Njirimara urughuru na ọnọdụ ngwakọta mmiri mmiri na-ekpebi arụmọrụ nke flocculation na usoro ọgwụgwọ.Ntughari na-achọ mkpali nwayọ nwayọ maka obere oge na ike dị ukwuu iji kpalite nnukwu mmiri1.
N'oge flocculation, hydrodynamics nke dum usoro na kemịkalụ nke coagulant-urughi uru mmekọrịta na-ekpebi ọnụego na nke a guzo urughuru size nkesa na-enweta2.Mgbe ụmụ irighiri ihe na-agbakọ, ha na-arapara ibe ha3.Oyegbile, Ay4 kọrọ na nkuko na-adabere na usoro mbufe flocculation nke Brownian mgbasa, shii mmiri na nhazi dị iche iche.Mgbe flakes na-agbakọta, ha na-eto ma rute oke oke, nke nwere ike iduga nkwụsịtụ, ebe ọ bụ na flakes enweghị ike iguzogide ike nke ndị agha hydrodynamic5.Ụfọdụ n'ime flakes ndị a gbajiri agbaji na-ejikọta ya na nke nta ma ọ bụ otu nha6.Otú ọ dị, flakes siri ike nwere ike iguzogide ike a ma nọgide na-enwe nha na ọbụna too7.Yukselen na Gregory8 kọrọ banyere ọmụmụ ihe metụtara mbibi nke flakes na ikike ha nwere ịmaliteghachi, na-egosi na enweghị ike ịgbanwe agbanwe.Bridgeman, Jefferson9 jiri CFD tụọ mmetụta mpaghara nke nrịba na ọgbaghara na nhazi floc na nkewa site na gradients ngwa ngwa mpaghara.N'ime tankị ndị nwere rotor blades, ọ dị mkpa ịgbanwe ọsọ nke mkpokọta na-adaba na ihe ndị ọzọ mgbe ha na-emeziwanye nke ọma na usoro coagulation.Site n'iji CFD na obere ntụgharị ntụgharị dị gburugburu 15 rpm, Vadasarukkai na Gagnon11 nwere ike nweta ụkpụrụ G maka ịgbagharị na eriri conical, si otú a na-ebelata ike ike maka mkpasu iwe.Otú ọ dị, ịrụ ọrụ na ụkpụrụ G dị elu nwere ike iduga flocculation.Ha nyochara mmetụta nke ịgwakọta ọsọ dị n'ịchọpụta nkezi ọsọ gradient nke ụgbọ mmiri na-anya ụgbọ elu.Ha na-atụgharị na ọsọ nke ihe karịrị 5 rpm.
Korpijärvi, Ahlstedt12 ji anọ dị iche iche ọgba aghara ụdị na-amụ eruba ubi na tank ule bench.Ha jiri ihe laser Doppler anemometer na PIV tụọ ebe mgbaba ahụ wee jiri nsonaazụ gbakọọ na nsonaazụ atụpụtara.de Oliveira na Donadel13 atụpụtala ụzọ ọzọ maka atụle gradients ọsọ ọsọ site na akụrụngwa hydrodynamic site na iji CFD.A nwalere usoro a tụrụ aro na nkeji flocculation isii dabere na geometry helical.enyochala mmetụta nke oge njide na flocculants wee tụọpụta ụdị flocculation nke enwere ike iji dị ka ngwá ọrụ iji kwado nhazi cell ezi uche na oge njide dị ala14.Zhan, You15 tụpụtara ụkpụrụ CFD jikọtara ọnụ na nguzozi nke ọnụ ọgụgụ mmadụ iji mee ka njirimara eruba na omume floc n'ọ̀tụ̀tụ̀ zuru oke.Llano-Serna, Coral-Portillo16 nyochara njirimara eruba nke ụdị hydroflocculator Cox na ụlọ ọrụ mmiri na Viterbo, Colombia.Ọ bụ ezie na CFD nwere uru ya, enwekwara oke dị ka njehie ọnụọgụgụ na mgbako.Ya mere, ekwesịrị iji nlezianya nyochaa ma nyochaa nsonaazụ ọnụọgụ ọ bụla enwetara iji nweta nkwubi okwu dị oke egwu17.Enwere ọmụmụ ole na ole n'ime akwụkwọ gbasara nhazi nke flocculators baffle kwụ ọtọ, ebe ndụmọdụ maka imewe nke flocculators hydrodynamic dị oke18.Chen, Liao19 jiri nhazi nnwale dabere na nchụsa nke ìhè polarịịsịt iji tụọ ọnọdụ nke polarization nke ìhè gbasasịrị site na irighiri ihe ọ bụla.Feng, Zhang20 ji Ansys-Fluent mee ka nkesa nke mmiri na-agbagharị agbagharị n'ọgba mmiri nke efere flocculator gbakọrọ agbakọ na flocculator n'etiti corrugated.Mgbe emechara usoro mmiri na-agba aghara na flocculator site na iji Ansys-Fluent, Gavi21 jiri nsonaazụ ya chepụta flocculator.Vaneli na Teixeira22 kọrọ na mmekọrịta dị n'etiti mgbanwe mmiri nke spiral tube flocculators na usoro flocculation ka aghọtachaghị nke ọma ịkwado atụmatụ ezi uche.de Oliveira na Costa Teixeira23 mụrụ arụmọrụ ma gosipụta njirimara hydrodynamic nke spiral tube flocculator site na nnwale physics na simulations CFD.Ọtụtụ ndị na-eme nchọpụta amụla ihe ndị na-eme ka tube reactors ma ọ bụ flocculators ọkpọkọ.Agbanyeghị, ozi hydrodynamic zuru ezu na nzaghachi nke ndị reactors na ụdị dị iche iche yana ọnọdụ arụ ọrụ ka na-efu (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Oliveira na Teixeira26 na-eweta nsonaazụ izizi sitere na usoro iwu, nnwale na ịme anwansị CFD nke spiral flocculator.Oliveira na Teixeira27 tụrụ aro ka a na-eji eriri igwe okirikiri dị ka ihe na-akpata coagulation-flocculation yana ngwakọta nke sistemu decanter.Ha na-akọ na nsonaazụ enwetara maka nrụpụta nrụpụta turbidity dị nnọọ iche na nke a na-enweta na ụdị a na-ejikarị eme ihe maka ịlele flocculation, na-atụ aro ịkpachara anya mgbe ị na-eji ụdị dị otú ahụ.Moruzzi na de Oliveira [28] kpụrụ akpụ omume nke a usoro nke na-aga n'ihu flocculation ụlọ n'okpuru dị iche iche na-arụ ọrụ ọnọdụ, gụnyere mgbanwe na ọnụ ọgụgụ nke ụlọ eji na ojiji nke kwụsiri ike ma ọ bụ sized cell ọsọ gradients.Romphophak, Le Men29 nha PIV nke ngwa ngwa ngwa ngwa n'ihe nchacha ụgbọ elu nwere akụkụ abụọ.Ha chọtara mgbasa ozi jet siri ike na mpaghara flocculation yana atụmatụ mpaghara na ọnụ ọgụgụ shiee ozugbo.
Shah, Joshi30 na-akọ na CFD na-enye ụzọ ọzọ na-atọ ụtọ maka imeziwanye atụmatụ yana nweta njirimara ịgba ọsọ.Nke a na-enyere aka ịzenarị nhazi nnwale buru ibu.A na-eji CFD na-amụbawanye ebe a na-enyocha mmiri na ihe ọkụkụ (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).Ọtụtụ ndị nchọpụta emeela nnwale na ike nwalee akụrụngwa (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) na perforated diski flocculators31.Ndị ọzọ ejirila CFD nyochaa hydroflocculators (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Ghawi21 kọrọ na igwe flocculators na-arụ ọrụ na-achọ nlekọta oge niile n'ihi na ha na-adakarị ma na-achọ ọkụ eletrik.
Arụmọrụ nke flocculator paddle na-adabere nke ukwuu na hydrodynamics nke ọdọ mmiri.Enweghị nghọta ọnụọgụ ọnụọgụ nke mpaghara ọsọ ọsọ na ụdị flocculators dị otú ahụ ka ekwuru nke ọma na akwụkwọ (Howe, Hand38; Hendricks39).Oke mmiri dum dị n'okpuru mmegharị nke flocculator impeller, ya mere a na-atụ anya mwepu.Dị ka ọ na-adịkarị, ọsọ ọsọ nke mmiri na-adị obere karịa ọsọ agụba site na slip factor k, nke akọwara dị ka oke ọsọ nke ahụ mmiri na ọsọ nke wheel paddle.Bhole40 kọrọ na e nwere ihe atọ amabeghị ihe ị ga-atụle mgbe ị na-emebe flocculator, ya bụ gradient ọsọ ọsọ, ihe ndọtị drag coefficient, yana ọsọ mmiri dị n'ihe gbasara agụba.
Camp41 na-akọ na mgbe ị na-atụle igwe na-agba ọsọ dị elu, ọsọ dị ihe dịka 24% nke ọsọ rotor yana ihe dị ka 32% maka igwe na-agba ọsọ dị ala.Na enweghị septa, Droste na Ger42 jiri ak uru nke 0.25, ebe n'ihe gbasara septa, k sitere na 0 ruo 0.15.Howe, Hand38 na-atụ aro na k nọ na oke 0.2 ruo 0.3.Hendrix39 jikọtara ihe nlegharị anya na ọsọ ngbanwe site na iji usoro pụtara ìhè wee kwubie na ihe mwepu ahụ dịkwa n'ime oke nke Camp41 guzobere.Bratby43 kọrọ na k bụ ihe dịka 0.2 maka ọsọ impeller site na 1.8 ruo 5.4 rpm ma na-abawanye na 0.35 maka ọsọ impeller site na 0.9 ruo 3 rpm.Ndị ọrụ nyocha ndị ọzọ na-akọ ọtụtụ ụkpụrụ drag coefficient (Cd) sitere na 1.0 ruo 1.8 ma wepụta ọnụọgụ k ụkpụrụ sitere na 0.25 ruo 0.40 (Feir na Geyer44; Hyde na Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; na Bratby na Marais48 ).Akwụkwọ ndị ahụ egosighi nnukwu ọganihu n'ịkọwa na ngụta k kemgbe ọrụ Camp41.
Usoro flocculation na-adabere na ọgbaghara iji mee ka esemokwu dị mfe, ebe a na-eji gradient ngwa ngwa (G) tụọ ọgba aghara / flocculation.Ngwakọta bụ usoro nke na-agbasa ngwa ngwa na kemịkalụ na mmiri.A na-atụ ogo nke ngwakọta site na gradient ọsọ:
ebe G = gradient ọsọ (sk-1), P = ntinye ike (W), V = olu mmiri (m3), μ = viscosity ike (Pa s).
Ka uru G dị elu, ọ na-agwakọta ya.Ngwakọta nke ọma dị mkpa iji hụ na coagulation otu.Akwụkwọ ndị ahụ na-egosi na ihe ndị kacha mkpa imewe bụ ngwakọta oge (t) na gradient ọsọ (G).Usoro flocculation na-adabere na ọgbaghara iji mee ka esemokwu dị mfe, ebe a na-eji gradient ngwa ngwa (G) tụọ ọgba aghara / flocculation.Ụdị ụkpụrụ a na-ahụkarị maka G bụ 20 ruo 70 s-1, t bụ 15 ruo 30 nkeji, na Gt (enweghị akụkụ) bụ 104 ruo 105. Ngwakọta tankị ngwa ngwa na-arụ ọrụ kacha mma na ụkpụrụ G nke 700 ruo 1000, na-anọ ogologo oge. ihe dị ka nkeji 2.
ebe P bụ ike na-enye mmiri mmiri site na agụba flocculator ọ bụla, N bụ ọsọ ntụgharị, b bụ ogologo agụba, ρ bụ njupụta mmiri, r bụ radius, na k bụ ọnụọgụ nke ntanye.A na-etinye nha nha a na agụba ọ bụla n'otu n'otu ma chịkọta nsonaazụ ya iji nye mkpokọta ike nke flocculator.Nyochaa nke ọma gbasara nhata a na-egosi mkpa nke slip factor k na nhazi nhazi nke flocculator paddle.Akwụkwọ ndị ahụ ekwughị kpọmkwem uru k, kama ọ na-akwado nsoro dịka ekwuru na mbụ.Otú ọ dị, mmekọrịta dị n'etiti ike P na mkpọda ntanye k bụ cubic.Ya mere, ọ bụrụhaala na paramita niile bụ otu, dịka ọmụmaatụ, ịgbanwe k site na 0.25 ruo 0.3 ga-eduga n'ibelata ike na-ebufe na mmiri ọ bụla site na 20%, na ibelata k site na 0.25 ruo 0.18 ga-abawanye ya.site n'ihe dịka 27-30% kwa vane Ike enyere n'ime mmiri.N'ikpeazụ, ọ dị mkpa ka enyocha mmetụta nke k na nhazi flocculator paddle na-adịgide adịgide site na nhazi teknụzụ.
Ntụle nleba anya nke ọma nke nlegharị anya chọrọ nleba anya na simulation.Ya mere, ọ dị mkpa ịkọwa ngwa ngwa tangential nke agụba n'ime mmiri n'otu oge na-agbagharị agbagharị na ebe dị iche iche radial dị iche iche site na ogwe osisi na dị iche iche dị omimi site na mmiri mmiri iji nyochaa mmetụta nke ọnọdụ agụba dị iche iche.
N'ime ọmụmụ ihe a, a na-enyocha hydrodynamics nke flocculation site na nyocha nnwale na ọnụọgụgụ nke ọgba aghara na-agba ọsọ n'ime ụlọ nyocha paddle flocculator.A na-edekọ nha PIV na flocculator, na-ekepụta ogologo oge ogologo oge na-egosi ọsọ nke ụmụ irighiri mmiri dị n'akụkụ akwụkwọ.Na mgbakwunye, a na-eji ANSYS-Fluent CFD mee ka ihe na-agbagharị agbagharị n'ime flocculator wee mepụta ogologo oge ogologo oge.E gosipụtara ụdị CFD nke a rụpụtara site n'ịtụle nzikọrịta ozi n'etiti nsonaazụ PIV na CFD.Ihe a na-elekwasị anya n'ọrụ a bụ n'ịgụta ọnụọgụ nke slips k, nke bụ oke nhazi nke na-enweghị akụkụ nke paddle flocculator.Ọrụ ewepụtara ebe a na-enye ntọala ọhụrụ maka ịgbakọ ọnụ ọgụgụ slips k na obere ọsọ nke 3 rpm na 4 rpm.Mmetụta nke nsonaazụ ya na-enye aka na nghọta ka mma nke hydrodynamics nke tank flocculation.
The laabu flocculator mejupụtara igbe n'elu akụkụ anọ na-emeghe na mkpokọta ịdị elu nke 147 cm, ịdị elu nke 39 cm, obosara nke 118 cm n'ozuzu ya, yana ogologo ya dị 138 cm (Fig 1).A na-eji usoro nhazi nke Camp49 mepụtara iji chepụta paddle flocculator nke ụlọ nyocha wee tinye ụkpụrụ nke nyocha akụkụ.Ewubere ebe nnwale a na Environmental Engineering Laboratory of the Lebanon American University (Byblos, Lebanon).
Akwụsị kwụ ọtọ dị n'ogo nke 60 cm site na ala ma na-anabata wiil paddle abụọ.Wheel paddle ọ bụla nwere paddle 4 nwere eriri atọ na paddle ọ bụla maka ngụkọta nke paddle iri na abụọ.Ntugharị na-achọ mkpasu iwe dị nro na obere ọsọ nke 2 ruo 6 rpm.Ngwakọta agwakọta kachasị na flocculators bụ 3 rpm na 4 rpm.Emebere flocculator akpịrịkpa ụlọ nyocha ka ọ na-anọchi anya mmiri na-asọpụta na ngalaba flocculation nke ebe a na-ahụ maka mmiri ọñụñụ.A na-agbakọ ike site na iji usoro omenala 42 .Maka ọsọ ntụgharị abụọ ahụ, gradient ọsọ \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) karịrị 10 \({\text{sec}}}^{-{1}}\) , nọmba Reynolds na-egosi ọgbaghara na-erugharị (Table 1).
A na-eji PIV nweta nha nke ziri ezi na ọnụọgụ nke vector velocity nke mmiri n'otu oge na ọnụ ọgụgụ buru ibu nke isi50.Nhazi nnwale ahụ gụnyere flocculator paddle paddle lab, sistemu LaVision PIV (2017), yana ihe mmetụta laser mpụga Arduino.Iji mepụta profaịlụ ọsọ ogologo oge, edekọtara onyonyo PIV n'usoro n'otu ebe.A na-ahazi usoro PIV nke mere na mpaghara ebumnuche dị n'etiti etiti ogologo nke ọ bụla n'ime agụba atọ nke otu ogwe aka paddle.Ihe na-eme ka ọ pụta ìhè bụ laser nke dị n'otu akụkụ nke obosara flocculator na ihe nkwụnye ihe mmetụta n'akụkụ nke ọzọ.Oge ọ bụla ogwe aka flocculator na-egbochi ụzọ laser, a na-eziga akara ngosi na sistemụ PIV iji were laser PIV na igwefoto mekọrịtara ọnụ na nkeji oge mmemme.Na fig.2 na-egosi ntinye nke usoro PIV na usoro inweta ihe oyiyi.
A malitere ndekọ nke PIV mgbe ejiri flocculator rụọ ọrụ maka 5-10 min iji mee ka usoro ahụ dị mma ma buru n'uche otu mpaghara index refractive.A na-enweta calibration site na iji efere nhazi nke mikpuru n'ime flocculator ma tinye ya n'etiti etiti ogologo ogologo agụba mmasị.Gbanwee ọnọdụ nke laser PIV ka ọ bụrụ mpempe ọkụ dị larịị ozugbo n'elu efere nhazi.Dekọọ ụkpụrụ atụnyere maka ọsọ ntụgharị ọ bụla nke agụba ọ bụla, na ntụgharị ntụgharị ahọpụtara maka nnwale ahụ bụ 3 rpm na 4 rpm.
Maka ndekọ PIV niile, etiti oge dị n'etiti pulses laser abụọ ka edobere n'ogo site na 6900 ruo 7700 µs, nke kwere ka mwepu ihe kacha nta nke pikselụ 5.Emere ule pilot na ọnụọgụ onyonyo achọrọ iji nweta nha nha ogologo oge.Atụnyere ọnụ ọgụgụ vector maka nlele nwere onyonyo 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240 na 280.Achọpụtara nlere nha onyonyo 240 ka ọ na-enye nsonaazụ ogologo oge kwụsiri ike n'ihi na onyonyo ọ bụla nwere okpokolo agba abụọ.
Ebe ọ bụ na mmiri na-asọba na flocculator dị mgbagwoju anya, a chọrọ obere windo ajụjụ ọnụ na ọnụ ọgụgụ buru ibu iji dozie obere ihe mgbagwoju anya.A na-etinye ọtụtụ itiration nke mbelata nha yana yana njikọ njikọta iji hụ na izi ezi.Nha mpio ntuli aka mbụ nke 48 × 48 pikselụ nwere 50% mechiri emechi yana otu usoro mmegharị sochiri nha windo ntuli aka ikpeazụ nke 32 × 32 pikselụ nwere 100% overlap na usoro mmegharị abụọ.Tụkwasị na nke ahụ, a na-eji oghere oghere iko mee ihe dị ka mkpụrụ irighiri ihe na-asọpụta, nke na-enye ohere ma ọ dịkarịa ala irighiri irighiri n'otu windo ntuli aka.A na-ebute ndekọ PIV site na isi iyi na-akpalite na Ngalaba Oge Mmemme (PTU), nke na-ahụ maka ịrụ ọrụ na ịmekọrịta isi iyi laser na igwefoto.
Ejiri ngwugwu CFD azụmahịa ANSYS Fluent v 19.1 iji wulite ụdị 3D wee dozie nha nha nha.
N'iji ANSYS-Fluent, emepụtara ihe nlere anya 3D nke paddle paddle flocculator nke ụlọ nyocha.A na-eme ihe nlereanya ahụ n'ụdị igbe akụkụ anọ, nke nwere wiil paddle abụọ a na-agbanye n'elu axis kwụ ọtọ, dị ka ụlọ nyocha.Ihe nlereanya na-enweghị freeboard bụ 108 cm dị elu, 118 cm n'obosara na 138 cm ogologo.Etinyela ụgbọ elu cylindrical kwụ ọtọ gburugburu igwekota.Ọgbọ ụgbọ elu cylindrical kwesịrị ime ntughari nke igwekota dum n'oge nhazi nrụnye ma mee ka oghere na-agbagharị agbagharị n'ime flocculator, dị ka egosiri na Fig. 3a.
Ihe osise 3D ANSYS-nke ọma na ihe osise geometry, ANSYS-nhịahụ flocculator na-eme nke ọma n'ụgbọ elu mmasị, eserese ANSYS nke ọma na ụgbọ elu mmasị.
Geometry ihe nlereanya ahụ nwere mpaghara abụọ, nke ọ bụla bụ mmiri mmiri.A na-enweta nke a site na iji ọrụ mwepu ezi uche dị na ya.Buru ụzọ wepụ cylinder (gụnyere igwekota) na igbe ahụ iji gosipụta mmiri mmiri.Mgbe ahụ wepụ ihe igwekota na cylinder, na-ebute ihe abụọ: igwekota na mmiri mmiri.N'ikpeazụ, a na-etinye ihe ntanetị n'etiti ebe abụọ ahụ: oghere cylinder-cylinder na cylinder-mixer interface (Fig 3a).
Emechala nchikota nke ụdị ndị a rụrụ iji mezuo ihe ndị a chọrọ nke ụdị ọgba aghara nke a ga-eji mee ihe ngosi ọnụọgụ.A na-eji ntupu na-enweghị nhazi nke nwere akwa gbasaa n'akụkụ elu ahụ siri ike.Mepụta ọkwa mgbasawanye maka mgbidi niile nwere ọnụ ọgụgụ uto nke 1.2 iji hụ na ejidere usoro ịgba ọsọ dị mgbagwoju anya, yana ọkpụrụkpụ oyi akwa nke mbụ nke \(7\mathrm{x }{10}^{-4}\) m iji hụ na \ ( {\ederede {y))^{+} le 1.0\).A na-edozi nha ahụ site na iji usoro dabara adaba tetrahedron.A na-emepụta akụkụ ihu ihu nke ihu abụọ nwere nha 2.5 × \({10}^{-3}\) m, yana nha ihu igwe mixer nke 9 × \({10}^{-3}\ ) m na-etinye.Ntupu ewepụtara nke mbụ nwere ihe 2144409 (Fig 3b).
Ahọpụtara ihe nlere turbulence k–ε nke nwere akụkụ abụọ dị ka ụdị ntọala mbụ.Iji mee ka nke ọma na-asọgharị n'ime flocculator, ahọpụtara ihe atụ dị ọnụ ahịa karịa.A na-enyocha ọnụọgụ na-agbagharị n'ime flocculator site na iji ụdị CFD abụọ: SST k-ω51 na IDDES52.Atụnyere nsonaazụ nke ụdị abụọ a na nsonaazụ PIV nnwale iji kwado ụdị ahụ.Nke mbu, ihe nlere SST k-ω turbulence bụ ihe nlere nhụsianya nhụsianya ọnụọgụ abụọ maka ngwa mgbanwe mmiri.Nke a bụ ụdị ngwakọ na-ejikọta ụdị Wilcox k-ω na k-ε.Ọrụ ngwakọta na-eme ka ihe nlereanya Wilcox dị nso na mgbidi na k-ε nlereanya na ntinye na-abịa.Nke a na-eme ka a mata na a na-eji ihe nlereanya ziri ezi mee ihe n'ofe ebe niile.Ọ na-ebu amụma n'ụzọ ziri ezi nkewa nke mmiri na-asọ asọ n'ihi gradients dị njọ.Nke abuo, usoro Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES), nke a na-ejikarị na ụdị Eddy Simulation (DES) nke nwere ụdị SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes), ahọpụtara.IDDES bụ ngwakọ RANS-LES (nnukwu simulation eddy) nke na-enye ụdị ịme ngosi ngbanwe na enyi na enyi na-arụ ọrụ (SRS).Ọ dabere na ụdị LES iji dozie nnukwu eddies wee laghachi na SST k-ω iji mee ka eddies dị ntakịrị.Atụle nyocha ọnụ ọgụgụ nke nsonaazụ sitere na simulations SST k-ω na IDDES na nsonaazụ PIV iji kwado ihe nlereanya ahụ.
Ahọpụtara ihe nlere turbulence k–ε nke nwere akụkụ abụọ dị ka ụdị ntọala mbụ.Iji mee ka nke ọma na-asọgharị n'ime flocculator, ahọpụtara ihe atụ dị ọnụ ahịa karịa.A na-enyocha ọnụọgụ na-agbagharị n'ime flocculator site na iji ụdị CFD abụọ: SST k-ω51 na IDDES52.Atụnyere nsonaazụ nke ụdị abụọ a na nsonaazụ PIV nnwale iji kwado ụdị ahụ.Nke mbu, ihe nlere SST k-ω turbulence bụ ihe nlere nhụsianya nhụsianya ọnụọgụ abụọ maka ngwa mgbanwe mmiri.Nke a bụ ụdị ngwakọ na-ejikọta ụdị Wilcox k-ω na k-ε.Ọrụ ngwakọta na-eme ka ihe nlereanya Wilcox dị nso na mgbidi na k-ε nlereanya na ntinye na-abịa.Nke a na-eme ka a mata na a na-eji ihe nlereanya ziri ezi mee ihe n'ofe ebe niile.Ọ na-ebu amụma n'ụzọ ziri ezi nkewa nke mmiri na-asọ asọ n'ihi gradients dị njọ.Nke abuo, usoro Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES), nke a na-ejikarị na ụdị Eddy Simulation (DES) nke nwere ụdị SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes), ahọpụtara.IDDES bụ ngwakọ RANS-LES (nnukwu simulation eddy) nke na-enye ụdị ịme ngosi ngbanwe na enyi na enyi na-arụ ọrụ (SRS).Ọ dabere na ụdị LES iji dozie nnukwu eddies wee laghachi na SST k-ω iji mee ka eddies dị ntakịrị.Atụle nyocha ọnụ ọgụgụ nke nsonaazụ sitere na simulations SST k-ω na IDDES na nsonaazụ PIV iji kwado ihe nlereanya ahụ.
Jiri ihe mgbaze na-agafe agafe dabere na nrụgide ma jiri ike ndọda na ntụzịaka Y.A na-enweta ntụgharị site na-ekenye mmegharị ntupu na igwekota, ebe mmalite nke ntụgharị ntụgharị dị n'etiti etiti axis kwụ ọtọ na ntụziaka nke ntụgharị ntụgharị dị na ntụziaka Z.Emebere ntupu ntupu maka ihu abụọ geometry ụdị, na-ebute ọnụ igbe igbe abụọ.Dị ka ọ dị na usoro nnwale, ọsọ ntughari kwekọrọ na mgbanwe 3 na 4.
Ọnọdụ ókèala maka mgbidi nke igwekota na flocculator setịpụrụ mgbidi ahụ, na oghere dị elu nke flocculator setịpụrụ site na ntinye ya na nrụgide efu efu (Fig 3c).Atụmatụ nzikọrịta ozi nrụgide dị mfe-ọsọ, mwepu nke oghere gradient nke ọrụ usoro nke abụọ yana paramita niile dabere na ihe opekata mpe square.Nka nkwekọ maka mgbanwe mgbanwe niile bụ 1 x \ ({10}^{-3}\).Ọnụ ọgụgụ kacha elu nke iterations kwa oge nzọụkwụ bụ 20, na oge nzọụkwụ nha kwekọrọ na ntụgharị nke 0,5 °.Ihe ngwọta na-agbakọta na 8th iteration maka ụdị SST k-ω yana na 12th iteration site na iji IDDES.Tụkwasị na nke ahụ, a na-agbakọ ọnụ ọgụgụ nke usoro oge nke mere na mixer mere ma ọ dịkarịa ala 12 revolutions.Tinye ihe nlele data maka ọnụ ọgụgụ oge mgbe ntụgharị 3 gachara, nke na-enye ohere ịmegharị usoro ahụ, dị ka usoro nnwale.Ntụle mmepụta nke loops ọsọ maka mgbanwe ọ bụla na-enye kpọmkwem otu nsonaazụ maka mgbanwe anọ gara aga, na-egosi na abanyela n'ọnọdụ kwụ ọtọ.Ntugharị ndị agbakwunyere emebeghị ka akụkụ ọsọ nke ọkara dị mma.
A na-akọwa usoro oge n'ihe metụtara ọsọ ntụgharị, 3 rpm ma ọ bụ 4 rpm.A na-emezi usoro oge na oge achọrọ iji tụgharịa igwekota site na 0,5 Celsius.Nke a na-eme ka ọ bụrụ nke zuru oke, ebe ọ bụ na ngwọta na-ejikọta ngwa ngwa, dị ka akọwara na ngalaba gara aga.Ya mere, a na-eme ngụkọ ọnụọgụgụ niile maka ụdị ọgba aghara abụọ ahụ site na iji usoro oge gbanwere nke 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) maka 3 rpm, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-} {3}\) 4 rpm.Maka oge mmezi oge enyere, ọnụọgụ Courant nke cell na-erughị 1.0 mgbe niile.
Iji chọpụta ndabere ntupu ihe nlereanya, ebutere nsonaazụ mbụ site na iji ntupu 2.14M izizi wee mesh 2.88M a nụchara anụcha.A na-enweta nchacha grid site na ibelata nha cell nke ihe igwekota site na 9 × \({10}^{-3}\) m ruo 7 × \({10}^{-3}\) m.Maka meshes mbụ na nke a nụchara anụcha nke ọgba aghara ụdị abụọ ahụ, atụnyere nkezi ụkpụrụ nke modul ngwa ngwa n'ebe dị iche iche na gburugburu agụba.Pasent dị iche n'etiti nsonaazụ bụ 1.73% maka ụdị SST k–ω yana 3.51% maka ụdị IDDES.IDDES na-egosi ọdịiche dị elu nke pasentị n'ihi na ọ bụ ụdị ngwakọ RANS-LES.A na-ewere ọdịiche ndị a dị ka ihe na-abaghị uru, ya mere a na-eme ihe ngosi ahụ site na iji ntupu mbụ nwere ihe nde 2.14 na oge ntụgharị oge nke 0.5 °.
A na-enyocha mmụgharị nke nsonaazụ nnwale ahụ site n'ịme nke ọ bụla n'ime nyocha isii ahụ nke ugboro abụọ na atụnyere nsonaazụ ya.Tụlee ụkpụrụ ọsọ dị n'etiti agụba na usoro nnwale abụọ.Nkezi pasentị dị iche n'etiti otu nnwale abụọ ahụ bụ 3.1%.A na-emegharịkwa usoro PIV n'onwe ya maka nnwale ọ bụla.Jiri ọsọ PIV tụlere ọsọ na-agbakọ na etiti agụba ọ bụla n'otu ebe.Ntụle a na-egosi ọdịiche dị na mperi pasenti kacha nke 6.5% maka agụba 1.
Tupu akọwapụta ihe na-amị amị, ọ dị mkpa iji sayensị ghọta echiche nke slip na paddle flocculator, nke na-achọ ka a mụọ usoro na-erugharị gburugburu paddles nke flocculator.N'echiche, a na-arụ ọnụọgụ slips n'ime nhazi nke flocculators paddle iji buru n'uche ọsọ nke agụba n'akụkụ mmiri.Akwụkwọ ndị ahụ na-atụ aro ka ọsọ a bụrụ 75% nke ọsọ agụba, yabụ ọtụtụ atụmatụ na-eji ak nke 0.25 mee ihe maka mgbanwe a.Nke a na-achọ ka iji usoro ọsọ ọsọ ewepụtara na nnwale PIV iji ghọta nke ọma ebe ọsọ ọsọ na-erute ma mụọ akwụkwọ a.Agụba 1 bụ agụba ime ime kacha nso n'osisi ahụ, agụba 3 bụ agụba nke dị n'elu, na agụba 2 bụ agụba etiti.
Ọsọ ọsọ na agụba 1 na-egosi ntụgharị na-agbagharị ozugbo gburugburu agụba.Usoro mgbaba ndị a na-esi n'otu ebe dị n'akụkụ aka nri nke agụba, n'etiti rotor na agụba.N'ileghachi anya na mpaghara ahụ gosipụtara n'igbe ahụ nwere ntụpọ uhie dị na eserese 4a, ọ na-adọrọ mmasị ịmata akụkụ ọzọ nke mgbagharị mgbagharị n'elu na gburugburu agụba.Ọhụụ na-erugharị na-egosi ntakịrị eruba na mpaghara recirculation.Nke a na-asọba na-esi n'akụkụ aka nri nke agụba dị elu nke dị ihe dị ka 6 cm site na njedebe nke agụba, ikekwe n'ihi mmetụta nke eriri mbụ nke aka na-aga n'ihu, nke a na-ahụ anya na onyinyo ahụ.Nhụta ọsọ na 4 rpm na-egosi otu omume na nhazi ahụ, o doro anya na ọ nwere oke ọsọ.
Oghere ọsọ na eserese dị ugbu a nke agụba atọ na ọsọ ntụgharị abụọ nke 3 rpm na 4 rpm.Oke kachasị ọsọ nke eriri atọ na 3 rpm bụ 0.15 m / s, 0.20 m / s na 0.16 m / s n'otu n'otu, na nkezi ọsọ na 4 rpm bụ 0.15 m / s, 0.22 m / s na 0.22 m/ s, n'otu n'otu.na mpempe akwụkwọ atọ.
A chọtara ụdị ọzọ nke na-agba ọsọ helical n'etiti vanes 1 na 2. Ebe a na-ahụ maka vector na-egosi n'ụzọ doro anya na mmiri mmiri na-agbago elu site na ala nke vane 2, dị ka e gosiri site na ntụziaka nke vector.Dịka e gosiri site na igbe nwere ntụpọ dị na Fig. 4b, vectors ndị a anaghị esi n'elu agụba elu kwụ ọtọ, kama tụgharịa gaa n'aka nri wee jiri nwayọọ nwayọọ gbadata.N'elu agụba 1, a na-amata vectors dị ala, nke na-abịaru nso na agụba abụọ ahụ ma gbaa ha gburugburu site na mgbagharị na-emegharị n'etiti ha.Ekpebiri otu usoro nfegharị ahụ n'ọsọ ntụgharị abụọ ahụ yana njupụta ọsọ dị elu nke 4 rpm.
Oghere ọsọ nke agụba 3 adịghị enye onyinye dị ukwuu site na vector vector nke gara aga na-esonye na mmiri dị n'okpuru agụba 3. Isi ihe na-eru n'okpuru agụba 3 bụ n'ihi vector velocity vector na-ebili na mmiri.
Enwere ike kewaa vectors velocity n'elu elu agụba 3 n'ime otu atọ, dị ka egosiri na Fig. 4c.Ntọala mbụ bụ nke dị n'akụkụ aka nri nke agụba.Usoro eruba n'ọnọdụ a kwụ ọtọ n'aka nri na elu (ya bụ, chee ihu agụba 2).Otu nke abụọ bụ etiti agụba.A na-eduzi vector ọsọ maka ọnọdụ a kwụ ọtọ, na-enweghị ntụgharị ọ bụla na enweghị ntụgharị.Achọpụtara mbelata nke uru ọsọ ọsọ yana mmụba dị elu n'elu njedebe nke agụba.N'ihi na nke atọ otu, emi odude ke ekpe mpụta agụba, eruba na-ozugbo na-eduzi n'aka ekpe, ya bụ na mgbidi nke flocculator.Ọtụtụ n'ime mmiri na-anọchi anya vector velocity na-arịgo elu, akụkụ nke mmiri na-aga n'ihu na-agbada.
A na-eji ụdị ọgba aghara abụọ, SST k–ω na IDDES, rụọ profaịlụ ogologo oge maka 3 rpm na 4 rpm na agụba pụtara ogologo ụgbọ elu.Dịka egosiri na eserese 5, a na-enweta ọnọdụ kwụ ọtọ site n'inweta myirịta zuru oke n'etiti ntụgharị ọsọ ọsọ nke ntụgharị anọ na-esochi.Tụkwasị na nke ahụ, a na-egosi ngbanwe nke oge nke ngwa ngwa nke IDDES na-emepụta na Fig. 6a, ebe a na-egosi profaịlụ ọsọ ọsọ nke SST k - ω na Fig. 6a.6b.
N'iji IDDES na ogologo loops ọsọ ọsọ nke SST k–ω na-emepụta, IDDES nwere oke oke nke loops ọsọ.
Jiri nlezianya nyochaa profaịlụ ọsọ nke ejiri IDDES mee na 3 rpm dị ka egosiri na Figure 7. Ngwakọta ahụ na-atụgharị n'akụkụ elekere ma na-atụle ọsọ ahụ dịka ndetu egosiri.
Na fig.7 enwere ike ịhụ na n'elu agụba 3 na I quadrant enwere nkewa nke mmiri na-asọ asọ, ebe ọ bụ na a naghị egbochi mmiri ahụ n'ihi ọnụnọ nke oghere elu.Na quadrant II, a naghị ahụ nkewa nke mmiri ahụ, ebe ọ bụ na mgbidi nke flocculator na-ejedebe kpamkpam.Na quadrant III, mmiri na-agbagharị na obere ọsọ ma ọ bụ dị ala karịa ka ọ dị na nkeji anọ gara aga.A na-ebugharị mmiri dị n'akụkụ anọ nke I na II (ntụgharị na-atụgharị ma ọ bụ chụpụ) gbadaa ala site na omume nke igwekota.Na quadrant III, a na-ebupụ mmiri ahụ site na agụba nke onye na-eme ihe ike.O doro anya na oke mmiri dị na ebe a na-eguzogide aka uwe flocculator na-abịaru nso.A na-ekewapụta erugharị rotary na quadrant a kpamkpam.Maka quadrant IV, ọtụtụ n'ime ikuku dị n'elu vane 3 na-eduga na mgbidi flocculator ma jiri nwayọọ nwayọọ na-efunahụ nha ya ka ịdị elu na-abawanye na oghere elu.
Na mgbakwunye, ebe etiti na-agụnye usoro nrịba dị mgbagwoju anya nke na-achịkwa quadrant III na IV, dị ka ellipses na-acha anụnụ anụnụ gosipụtara.Ebe a nwere akara enweghị ihe jikọrọ ya na mgbagharị na-agbagharị na paddle flocculator, n'ihi na enwere ike ịmata mmegharị ahụ.Nke a dị iche na quadrant I na II ebe enwere nkewa doro anya n'etiti ntinye ime na ntụgharị ntụgharị zuru oke.
Dị ka e gosiri na fig.6, na-atụnyere nsonaazụ nke IDDES na SST k-ω, isi ihe dị iche n'etiti contours ngwa ngwa bụ ịdị ukwuu nke ngwa ngwa ngwa ngwa n'okpuru agụba 3. SST k-ω nlereanya na-egosi n'ụzọ doro anya na ịgbatị ọsọ ọsọ ọsọ na-ebu site na agụba 3. tụnyere IDDES.
Enwere ike ịhụ ọdịiche ọzọ na quadrant III.Site na IDDES, dị ka ekwuru na mbụ, ahụrụ nkewa ntụgharị ntụgharị n'etiti ogwe aka flocculator.Otú ọ dị, ọnọdụ a na-emetụta ike site na obere ọsọ ọsọ na-esi na nkuku na ime nke mbụ agụba.Site na SST k–ω maka otu ebe ahụ, ahịrị contour na-egosi oke ọsọ dị elu ma e jiri ya tụnyere IDDES n'ihi na ọ nweghị ihe mgbagwoju anya sitere na mpaghara ndị ọzọ.
Achọrọ nghọta qualitative nke mpaghara vector vector na streamlines maka nghọta ziri ezi nke omume na nhazi usoro.Nyere na agụba nke ọ bụla dị 5cm n'obosara, a họọrọ isi ihe ọsọ asaa n'ofe obosara iji nye profaịlụ ọsọ nke nnọchite anya.Na mgbakwunye, a na-achọ nghọta ọnụọgụ nke ịdị ukwuu nke ọsọ dị ka ọrụ dị elu n'elu agụba ahụ site n'ichepụta profaịlụ ngwa ngwa ozugbo n'elu elu agụba ọ bụla na n'ogologo na-aga n'ihu nke 2.5 cm kwụ ọtọ ruo elu nke 10 cm.Lee S1, S2 na S3 na ọnụ ọgụgụ a maka ozi ndị ọzọ.Ihe mgbakwunye A. Ihe osise 8 na-egosi myirịta nke nkesa ngwa ngwa elu nke agụba ọ bụla (Y = 0.0) nwetara site na iji nyocha PIV na nyocha ANSYS-Fluent site na iji IDDES na SST k-ω.Ụdị ọnụọgụ abụọ ahụ na-eme ka o kwe omume ịmegharị nhazi nke ọma n'elu elu nke flocculator agụba.
Nkesa ọsọ ọsọ PIV, IDDES na SST k–ω n'elu agụba.X-axis na-anọchi anya obosara nke mpempe akwụkwọ ọ bụla na millimeters, na mmalite (0 mm) na-anọchi anya akụkụ aka ekpe nke mpempe akwụkwọ na njedebe (50 mm) na-anọchite anya akụkụ aka nri nke mpempe akwụkwọ ahụ.
A na-ahụ nke ọma na nkesa ọsọ nke agụba 2 na 3 gosipụtara na Fig.8 na Fig.8.S2 na S3 na mgbakwunye A na-egosi usoro ndị yiri ya na ịdị elu, ebe agụba 1 na-agbanwe onwe ya.Profaịlụ ọsọ nke agụba 2 na 3 na-aghọ nke zuru oke ma nwee otu njupụta na ịdị elu nke 10 cm site na njedebe nke agụba ahụ.Nke a pụtara na mmiri ahụ na-aghọ otu n'oge a.A na-ahụ nke a nke ọma site na nsonaazụ PIV, nke IDDES megharịrị nke ọma.Ka ọ dị ugbu a, nsonaazụ SST k–ω na-egosi ụfọdụ ndịiche, ọkachasị na 4 rpm.
Ọ dị mkpa iburu n'obi na agụba 1 na-ejigide otu ọdịdị nke profaịlụ ọsọ na ọnọdụ niile ma ọ bụghị nke ọma n'ịdị elu, ebe ọ bụ na swirl kpụrụ n'etiti etiti mixer nwere akpa mbụ nke ogwe aka niile.Ọzọkwa, ma e jiri ya tụnyere IDDES, profaịlụ ọsọ PIV 2 na 3 gosipụtara ụkpụrụ ọsọ ọsọ dị ntakịrị karịa n'ọtụtụ ebe ruo mgbe ha fọrọ nke nta ka ha nhata na 10 cm n'elu elu agụba.