Daļiņu izmērs un slīpās caurules nostādinātāja efektivitāte: CFD simulācija atrod 80 μm slieksni

Jūs zināt, ka cauruļu nostādinātājs noņem suspendētās cietās vielas. Bet vai jūs zināt, kādus izmērus tas faktiski noņem - un kuri izmēri izslīd neatkarīgi no tvertnes konstrukcijas? Izmantojot reālas 1000 m³/d skaitītāja-straumes slīpās caurules nostādinātāja CFD simulāciju Anhui provincē, pētnieki modelēja daļiņu uzvedību no30 līdz 120 μmfaktiskos darbības apstākļos. Rezultāts ir skaidrs slieksnis: zem 80 μm daļiņu izmēram tikko nav nozīmes noņemšanai. Virs 80 μm efektivitāte paceļas. Ja jūsu koagulants nerada floku virs šī sliekšņa, jūsu slīpās caurules nedara to, par ko maksājāt.

KĀPĒC CFD - UN KĀPĒC ŠĪ TANKA

Lielākā daļa pētījumu par slīpām caurulēm ir vērsti uz plūsmas modeļiem -, optimizējot tvertnes izmērus, samazinot mirušās zonas un izlīdzinot ātruma sadalījumu. Tikai daži ir uzdevuši jautājumu, kas ir vissvarīgākais notekūdeņu kvalitātei:ņemot vērā konkrētu daļiņu izmēra sadalījumu, kas faktiski tiek noņemts?Tā kā dažāda diametra daļiņām ir atšķirīgs nosēšanās ātrums, ieplūstošo suspendēto cieto vielu daļiņu izmēra sadalījums tieši kontrolē sedimentācijas efektivitāti, ko tvertne var sasniegt.

Lai uz to atbildētu, pētnieki izmantojastandarta k-ε turbulences modelis(plūsmas laukam) kopā arMaisījuma daudzfāžu modelis(cieta-šķidruma divu{0}}fāžu uzvedībai) - kombinācija, kas labi-piemērota, lai modelētu turbulentu, daļiņu-piekrautu plūsmu darbības caurules nostādītājā.

Pārbaudes gadījums bija īsts pretstrāvas{0}}slīpu cauruļu nosēdinātājs ūdens rūpnīcā Anhui provincē ar šādiem konstrukcijas un darbības parametriem:

1. REZULTĀTS: KURĀ KONCENTRĀCIJAS DAĻĻIŅAS - UN KĀPĒC TAS IR NOSVARĪGI

Tika simulēti pieci daļiņu diametri:30, 50, 80, 100 un 120 μm. Katram no tiem tika pārbaudīts suspendēto vielu vertikālais sadalījums, attēlojot vidējo tilpuma daļu šķērsgriezumos dažādos augstumos (2. attēls).

No koncentrācijas profiliem izriet trīs modeļi:

1. Visiem daļiņu izmēriem ir tāda pati vispārējā tendence.Koncentrācijas -pret{1}}augstuma līknes kopējā forma ir līdzīga neatkarīgi no diametra. Tvertnes fizika - četru-zonu struktūra, plūsmas ceļš, turbulences modelis - nosaka kopīgu koncentrācijas profilu.

2. Caurules ieplūdes atverē (~1,5 m augstumā) koncentrācija krasi palielinās lielākām daļiņām.Šī ir pārejas zona, kurā plūsma ieplūst slīpajās caurulēs. Turbulence un sajaukšanās rada augstas-koncentrācijas apgabalu, kas veicina daļiņu kontaktu un flokulāciju -, kas pozitīvi ietekmē cietās un šķidruma atdalīšanu. Jo lielākas daļiņas iekļūst šajā zonā, jo izteiktāks ir koncentrācijas pieaugums.

3. Tvertnes apakšā un notekūdeņu šķērsgriezumā-daļiņu izmērs nosaka rezultātu.Netālu no dūņu zonas vidējā tilpuma daļa palielinās līdz ar daļiņu izmēru - vairāk lielu daļiņu nosēžas un uzkrājas tur, kur tām vajadzētu. Notekūdeņu šķērsgriezumā-vidējā tilpuma daļasamazināspalielinoties daļiņu izmēram, - izplūst mazāk lielu daļiņu. Korelācija ir nepārprotama:lielākas daļiņas → vairāk nosēsties → tīrāks notekūdeņi.

2. REZULTĀTS: 80 μm slieksnis

Izņemšanas efektivitāti η definē šādi:

kur C_ieplūdeir ieplūstošā SS koncentrācija (kg/m³) un C_izvadsir notekūdeņu SS koncentrācija (kg/m³).

3. attēlā parādīta saistība starp noņemšanas efektivitāti un daļiņu diametru dotajos ieplūdes apstākļos (295 mg/L SS, 1050 kg/m³ blīvums, 0,02001 Pa·s viskozitāte). Līkne nav lineāra -, tai ir izteikts ceļgals.

Dati atklāj divus režīmus:

Iemesls ir hidraulisks: daļiņām, kuru izmērs ir mazāks par 80 μm, ir pietiekami zems nosēšanās ātrums, lai augšupvērstā plūsma caurulēs to varētu veikt neatkarīgi no tvertnes konstrukcijas. Virs 80 μm nosēšanās ātrums apsteidz augšupvērsto ātrumu, un noņemšana kļūst efektīva. 80 μm slieksnis ir raksturīgs šīs tvertnes ģeometrijai un darbības apstākļiem (caurules diametrs 40 mm, slīpums 60 grādi, ieplūdes ātrums 0,1 m/s) -, taču šis princips ir piemērojams plaši:katram cauruļu nostādinātājam ir kritisks daļiņu izmērs, zem kura noņemšana ir vāja, un šo izmēru nosaka augšupejošais ātrums caurulēs.

KO TAS NOZĪMĒ JŪSU AUGAM

1. Koagulanta dozēšanai ir mērķis, un tas ir 80 μm.Koagulācijas un flokulācijas mērķis -, kas pārsniedz neitralizējošu lādiņu un savienojošās daļiņas -, ir izaudzēt floku, kas pārsniedz kritisko izmēru, lai cauruļu nosēdinātājs tos varētu uztvert. Tvertņu pārbaudei jāapstiprina, ka izveidotie floki pārsniedz jūsu konkrētajai tvertnes ģeometrijas sliekšņa diametru.

2. Ja jūsu notekūdeņi ir duļķains un floku lielums ir mazāks par slieksni, caurules nav problēma - flokulācijas stadija.Vairāku cauruļu pievienošana vai augšupejošā ātruma samazināšana nedaudz palīdzēs. Bet patiesais risinājums ir augšpus: labāka flokulācija, lai iegūtu lielākas, blīvākas daļiņas, kuras esošās caurules var uztvert.

3. Kritiskais izmērs ir atkarīgs no -tvertnes.Šī simulācija atklāja 80 μm 40 mm caurulei 60 grādu leņķī ar 0,1 m/s ieplūdes ātrumu. Mazāks caurules diametrs, plakanāks leņķis vai mazāks augšupejošais ātrums novirzītu slieksni uz leju -, kas nozīmē, ka mazākas daļiņas kļūst noņemamas. Tāpēc cauruļu ģeometrija un hidrauliskā slodze nav tikai dizaina parametri; tie tieši nosaka minimālo daļiņu izmēru, ko var apstrādāt jūsu kolonists.

4. CFD simulācija ir praktisks projektēšanas rīks, nevis akadēmisks uzdevums.Šeit izmantotā k-ε + maisījuma modeļa kombinācija var paredzēt daļiņu izmēra un noņemšanas efektivitātes līkni jebkurai tvertnes ģeometrijai un darbības apstākļiem. Pirms būvniecības vai modernizācijas simulācija var atbildēt uz jautājumu, ka empīriskie projektēšanas noteikumi nevar:vai šī tvertne noņems daļiņas no mana neapstrādāta ūdens?