Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik.CSS laguntza mugatua duen arakatzailearen bertsioa erabiltzen ari zara.Esperientzia onena lortzeko, eguneratutako arakatzailea erabiltzea gomendatzen dugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea).Horrez gain, etengabeko laguntza bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScript gabe erakusten dugu.
316Ti mota (UNS 31635) molibdenoa duen kromo-nikelezko altzairu herdoilgaitzezko austenitiko egonkortua da.Gehigarri honek korrosioarekiko erresistentzia areagotzen du, kloruro ioien soluzio pittingekiko erresistentzia hobetzen du eta tenperatura altuetan indar handiagoa ematen du.Propietateak 316 motaren antzekoak dira, izan ezik, 316Ti Titanioaren gehikuntza dela eta sentsibilizazio tenperatura altuetan erabil daiteke.Korrosioarekiko erresistentzia hobetzen da, bereziki azido sulfuriko, klorhidriko, azetiko, formiko eta tartarikoen, sulfato azidoen eta kloruro alkalinoen aurka.
Konposizio kimikoa:
| 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 |
Ezaugarriak: Errezibitua:
Tentsioaren azken erresistentzia: 75 KSI min (515 MPa min)
Etekin-indarra: (% 0,2ko desplazamendua) 30 KSI min (205 MPa min)
Luzapena: %40 min
Gogortasuna: Rb 95 gehienez
Diapositiba bakoitzeko hiru artikulu erakusten dituzten graduatzaileak.Erabili atzeko eta hurrengo botoiak diapositibetan zehar mugitzeko, edo amaierako diapositiba kontroladorearen botoiak diapositiba bakoitzean mugitzeko.
Azterketa honetan, flokulazioaren hidrodinamika laborategi eskalako paleta-flokulagailu batean fluxu nahasiaren abiadura eremuaren ikerketa esperimental eta numerikoaren bidez ebaluatzen da.Partikulen agregazioa edo floken haustura sustatzen duen fluxu nahasia konplexua da eta lan honetan bi turbulentzia-eredu erabiliz kontuan hartu eta konparatzen da, hots, SST k-ω eta IDDES.Emaitzek erakusten dute IDDESek SST k-ω-ren oso hobekuntza txikia ematen duela, eta hori nahikoa da arraun-flokulagailu baten barruan fluxua zehaztasunez simulatzeko.Egokitze puntuazioa PIV eta CFD emaitzen konbergentzia ikertzeko eta erabilitako CFD turbulentzia ereduaren emaitzak alderatzeko erabiltzen da.Azterketa k irristatze-faktorea kuantifikatzean ere oinarritzen da, hau da, 0,18 3 eta 4 rpm-ko abiadura baxuetan, 0,25 ohiko balio tipikoarekin alderatuta.K 0,25etik 0,18ra gutxitzeak fluidoari emandako potentzia %27-30 inguru handitzen du eta abiadura-gradientea (G) %14 inguru handitzen du.Horrek esan nahi du espero baino asaldura handiagoa ematen dela, beraz, energia gutxiago kontsumitzen dela eta, beraz, edateko uren araztegiko flokulazio-unitateko energia-kontsumoa txikiagoa izan daiteke.
Uraren arazketan, koagulatzaileak gehitzeak partikula koloidal txikiak eta ezpurutasunak ezegonkortzen ditu, eta gero konbinatzen dira flokulazio fasean.Malutak baxu loturiko masa-agregazio fraktalak dira, eta gero finkatuz kentzen dira.Partikulen propietateek eta likidoen nahaste-baldintzek flokulazio- eta tratamendu-prozesuaren eraginkortasuna zehazten dute.Flokulazioak denbora-tarte nahiko laburrean nahasketa motela eta ur bolumen handiak nahasteko energia asko behar ditu1.
Maluketa garaian, sistema osoaren hidrodinamikak eta koagulante-partikula elkarrekintzaren kimikak zehazten dute partikula-tamainaren banaketa geldikorrak zein abiaduratan lortzen den2.Partikulek talka egiten dutenean elkarri itsatsi egiten dira3.Oyegbile-k, Ay4-k jakinarazi zuen talkak difusio browniarren, fluidoen zizailaduraren eta dekantazio diferentzialaren flokulazioaren garraio-mekanismoen araberakoak direla.Malutak talka egiten dutenean, hazi eta tamaina-muga jakin batera iristen dira, eta horrek haustura ekar dezake, malutak ezin baitu indar hidrodinamikoen indarra jasan5.Hautsitako maluta hauetako batzuk txikiago edo tamaina berekoetan birkonbinatzen dira6.Dena den, maluta sendoek indar horri eutsi eta haien tamainari eutsi eta hazi ere egin dezakete7.Yukselen eta Gregory8k malutak suntsitzearekin eta haien birsortzeko gaitasunarekin zerikusia duten ikerketen berri eman zuten, itzulezintasuna mugatua dela erakutsiz.Bridgeman-ek, Jefferson-ek CFD erabili zuen batez besteko fluxuaren eta turbulentziaren eragin lokala flokuen eraketan eta zatikatzean, tokiko abiadura-gradienteen bidez.Errotoreko palez hornitutako tankeetan, agregatuek beste partikula batzuekin talka egiten duten abiadura aldatzea beharrezkoa da koagulazio-fasean nahikoa ezegonkortzen direnean.CFD eta 15 rpm inguruko biraketa-abiadura txikiagoak erabiliz, Vadasarukkai eta Gagnon11-ek paleta konikoen flokulaziorako G balioa lortu zuten, eta, horrela, agitaziorako energia-kontsumoa gutxituz.Hala ere, G balio altuagoetan funtzionatzeak flokulazioa ekar dezake.Nahasketa-abiadurak pala flokulagailu pilotu baten batez besteko abiadura-gradientea zehazteko duen eragina ikertu dute.5 bira/min baino gehiagoko abiaduran biratzen dute.
Korpijärvi, Ahlstedt12-k lau turbulentzia-eredu ezberdin erabili zituen deposituaren proba-banku batean fluxu-eremua aztertzeko.Laser Doppler anemometroarekin eta PIVarekin fluxu-eremua neurtu zuten eta kalkulatutako emaitzak neurtutako emaitzekin alderatu zituzten.de Oliveirak eta Donadel13k CFD erabiliz abiadura-gradienteak kalkulatzeko metodo alternatibo bat proposatu dute propietate hidrodinamikoetatik abiatuta.Proposatutako metodoa geometria helikoidalean oinarritutako sei flokulazio-unitatetan probatu da.atxikipen-denborak flokulatzaileetan duen eragina baloratu eta atxikipen-denbora baxuko zelulen diseinu arrazionala laguntzeko tresna gisa erabil daitekeen flokulazio-eredu bat proposatu zuen14.Zhan, You15-ek CFD eta populazio-balantze eredu konbinatu bat proposatu zuen eskala osoko flokulazioan fluxuaren ezaugarriak eta flokuaren portaera simulatzeko.Llano-Serna, Coral-Portillo16 Cox motako hidroflokulagailu baten emari-ezaugarriak ikertu zituen Kolonbiako Viterbon ur araztegi batean.CFD-k bere abantailak baditu ere, kalkuluetan zenbakizko erroreak bezalako mugak ere badaude.Beraz, lortutako zenbakizko emaitzak arretaz aztertu eta aztertu behar dira, ondorio kritikoak ateratzeko17.Baffle horizontaleko malutagailuen diseinuari buruzko ikerketa gutxi daude literaturan, eta flokuladore hidrodinamikoak diseinatzeko gomendioak mugatuak dira18.Chen-ek, Liao19-k argi polarizatuaren sakabanatzean oinarritutako konfigurazio esperimental bat erabili zuen partikulen banakako argiaren polarizazio-egoera neurtzeko.Feng-ek, Zhang20-k Ansys-Fluent erabili zuen plaka koagulatuen eta korrugatuen arteko malokulatzaile baten fluxu-eremuan korronte ertainen eta zurrunbiloen banaketa simulatzeko.Ansys-Fluent erabiliz flokuladore batean fluido nahasia-fluxua simulatu ondoren, Gavi21-ek emaitzak erabili zituen malokulatzailea diseinatzeko.Vanelik eta Teixeirak22 jakinarazi dutenez, hodi espiralen malokulatzaileen fluido-dinamikaren eta malokulazio-prozesuaren arteko erlazioa ez da oraindik gaizki ulertzen diseinu arrazional baten alde.de Oliveirak eta Costa Teixeirak23-ek eraginkortasuna aztertu zuten eta hodi espiral malokulatzailearen propietate hidrodinamikoak frogatu zituzten fisikako esperimentuen eta CFD simulazioen bidez.Ikertzaile askok hodi harildutako erreaktoreak edo harildun hodi malokulatzaileak aztertu dituzte.Hala ere, erreaktore hauek hainbat diseinu eta funtzionamendu-baldintzekiko duten erantzunari buruzko informazio hidrodinamiko zehatza falta da oraindik (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Oliveirak eta Teixeirak26-k malokulatzaile espiral baten simulazio teoriko, esperimental eta CFDren jatorrizko emaitzak aurkezten dituzte.Oliveirak eta Teixeirak27 bobina espiral bat koagulazio-flokulazio erreaktore gisa erabiltzea proposatu zuten ohiko dekantagailu sistema batekin konbinatuta.Uhertasuna kentzeko eraginkortasunari dagokionez lortutako emaitzak malokulazioa ebaluatzeko erabili ohi diren ereduekin lortutakoekin alderatuta nabarmen desberdinak direla jakinarazi dute, eta horrelako ereduak erabiltzean kontuz ibili iradokitzen dute.Moruzzi eta de Oliveirak [28] etengabeko flokulazio-ganberen sistema baten portaera modelatu zuten hainbat funtzionamendu-baldintzetan, erabilitako ganbera-kopuruaren aldaerak eta zelula-abiadura-gradiente finkoak edo eskalatuak erabiltzea barne.Romphophak, Le Men29 PIV berehalako abiaduraren neurketak ia bi dimentsioko zorrotada garbitzaileetan.Zorrotz-induzitutako zirkulazio indartsua aurkitu zuten flokulazio eremuan eta ebakidura-tasa lokalak eta berehalakoak kalkulatu zituzten.
Shah, Joshi30-k jakinarazi du CFD-k alternatiba interesgarria eskaintzen duela diseinuak hobetzeko eta fluxu birtualen ezaugarriak lortzeko.Horrek konfigurazio esperimental zabalak saihesten laguntzen du.CFD gero eta gehiago erabiltzen da ura eta hondakin-uren araztegiak aztertzeko (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).Hainbat ikertzailek esperimentuak egin dituzte laten probako ekipoetan (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) eta disko zulatuen malokulagailuetan31.Beste batzuek CFD erabili dute hidroflokulagailuak ebaluatzeko (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Ghawi21ek jakinarazi duenez, malokulagailu mekanikoek aldizkako mantentze-lanak behar dituzte, askotan apurtu eta elektrizitate handia behar dutelako.
Pala-flokulagailu baten errendimendua urtegiaren hidrodinamikaren menpe dago.Halako flokulagailuetan fluxu-abiadura-eremuen ulermen kuantitatibo falta argi eta garbi nabari da literaturan (Howe, Hand38; Hendricks39).Ur-masa osoa malokulagailuaren bultzatzailearen mugimenduaren menpe dago, beraz, irristatzea espero da.Normalean, fluidoaren abiadura pala-abiadura baino txikiagoa da irristatze-faktorearen arabera, hau da, ur-masako abiaduraren eta arraun-gurpilaren abiaduraren arteko erlazioa bezala definitzen da.Bhole40-k jakinarazi zuen hiru faktore ezezagun daudela kontuan hartu beharreko flokulagailu bat diseinatzerakoan, hots, abiadura gradientea, arraste-koefizientea eta urak palarekiko duen abiadura erlatiboa.
Camp41ek jakinarazi duenez, abiadura handiko makinak kontuan hartuta, abiadura errotorearen abiaduraren % 24 ingurukoa da eta abiadura baxuko makinen % 32koa da.Septarik ezean, Droste eta Ger42 ak 0,25eko balioa erabili zuten, eta septa kasuan, berriz, k 0 eta 0,15 bitartekoa izan zen.Howe, Hand38k iradokitzen du k 0,2 eta 0,3 arteko tartean dagoela.Hendrix-ek39-k irristatze-faktorea biraketa-abiadurarekin erlazionatu zuen formula enpiriko baten bidez eta ondorioztatu zuen irristatze-faktorea ere Camp41-ek ezarritako tartearen barruan zegoela.Bratby43-k jakinarazi zuen k 0,2 ingurukoa dela 1,8 eta 5,4 rpm-ko bulkagailuen abiaduran eta 0,35era igotzen dela 0,9 eta 3 rpm-ko bulkagailuen abiaduran.Beste ikertzaile batzuek arraste-koefizientearen (Cd) 1,0 eta 1,8 arteko balioen eta irristatze koefizientearen k 0,25 eta 0,40 arteko balioen (Feir eta Geyer44; Hyde eta Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; eta Bratby eta Marais48; ).Literaturak ez du aurrerapen handirik erakusten k definitzen eta kuantifikatzean Camp41en lanetik.
Maluketa-prozesua turbulentzian oinarritzen da talkak errazteko, non abiadura-gradientea (G) erabiltzen den turbulentzia/flokulazioa neurtzeko.Nahastea produktu kimikoak uretan azkar eta uniformeki barreiatzeko prozesua da.Nahaste-maila abiadura-gradientearen bidez neurtzen da:
non G = abiadura gradientea (seg-1), P = potentzia sarrera (W), V = ur bolumena (m3), μ = biskositate dinamikoa (Pa s).
G balioa zenbat eta handiagoa izan, orduan eta nahasiagoa.Ondo nahastea ezinbestekoa da koagulazio uniformea bermatzeko.Literaturak adierazten du diseinu-parametro garrantzitsuenak nahasketa denbora (t) eta abiadura-gradientea (G) direla.Maluketa-prozesua turbulentzian oinarritzen da talkak errazteko, non abiadura-gradientea (G) erabiltzen den turbulentzia/flokulazioa neurtzeko.G-ren diseinu-balio tipikoak 20 eta 70 s–1 dira, t 15 eta 30 minutu bitartekoa da eta Gt (dimentsiorik gabekoa) 104 eta 105 bitartekoa. 2 minutu inguru.
non P flokulatzaile-pala bakoitzak likidoari ematen dion potentzia den, N biraketa-abiadura, b palaren luzera, ρ uraren dentsitatea, r erradioa eta k irristatze-koefizientea.Ekuazio hau pala bakoitzari banaka aplikatzen zaio eta emaitzak batu egiten dira flokulagailuaren potentzia osoa emateko.Ekuazio honen azterketa zehatzak erakusten du k irristatze-faktoreak duen garrantzia arraun-flokulatzaile baten diseinu-prozesuan.Literaturak ez du k-ren balio zehatza adierazten, aurretik esan bezala barruti bat gomendatzen du.Hala ere, P potentziaren eta k irristatze koefizientearen arteko erlazioa kubikoa da.Horrela, parametro guztiak berdinak badira, adibidez, k 0,25etik 0,3ra aldatzeak pala bakoitzeko fluidoari transmititutako potentzia % 20 inguru gutxitzea ekarriko du, eta k 0,25etik 0,18ra murrizteak handitu egingo du.paleta bakoitzeko % 27-30 inguru Fluidoari ematen zaion potentzia.Azken finean, k-k duen eragina kuantifikazio teknikoaren bidez ikertu behar da paleta-flokulatzaileen diseinu iraunkorrean.
Irristatzearen kuantifikazio enpiriko zehatzak fluxua bistaratzea eta simulatzea eskatzen du.Hori dela eta, garrantzitsua da palak uretan duen abiadura tangentziala biraketa-abiadura jakin batean ardatzetik distantzia erradial desberdinetan eta ur gainazaletik sakonera desberdinetan deskribatzea, pala posizio ezberdinen eragina ebaluatzeko.
Azterketa honetan, flokulazioaren hidrodinamika laborategi eskalako paleta-flokulagailu batean fluxu nahasiaren abiadura eremuaren ikerketa esperimental eta numerikoaren bidez ebaluatzen da.PIV neurketak flokulagailuan erregistratzen dira, hostoen inguruan ur-partikulen abiadura erakusten duten denboraren batez besteko abiadura-inguruak sortuz.Horrez gain, ANSYS-Fluent CFD erabili zen flokulagailuaren barruko fluxu biribila simulatzeko eta denboraren batez besteko abiadura-inguruak sortzeko.Lortutako CFD eredua PIV eta CFD emaitzen arteko korrespondentzia ebaluatuz baieztatu zen.Lan honen ardatza k irristatze koefizientea kuantifikatzea da, hau da, pala-flokulagailu baten dimentsiorik gabeko diseinu-parametroa.Hemen aurkezten den lanak oinarri berri bat ematen du k irristatze koefizientea 3 rpm eta 4 rpm abiadura baxuetan kuantifikatzeko.Emaitzen ondorioek zuzenean laguntzen dute flokulazio-tangaren hidrodinamika hobeto ulertzen.
Laborategiko flokulagailuak 147 cm-ko altuera, 39 cm-ko altuera, 118 cm-ko zabalera orokorra eta 138 cm-ko luzera orokorra dituen goialde irekiko kutxa batez osatuta dago (1. irudia).Camp49-k garatutako diseinu-irizpide nagusiak laborategi eskalako pala flokuladore bat diseinatzeko eta dimentsio-analisiaren printzipioak aplikatzeko erabili ziren.Instalazio esperimentala Libanoko Amerikako Unibertsitateko Ingurumen Ingeniaritza Laborategian (Byblos, Libano) eraiki zen.
Ardatz horizontala behetik 60 cm-ko altueran dago eta bi arraun gurpil hartzen ditu.Pala gurpil bakoitza 4 paletaz osatuta dago, arraun bakoitzean 3 paleta dituena, guztira 12 paleta.Flokulazioak 2 eta 6 bira/min-ko abiadura baxuan nahastea eskatzen du.Flokulagailuetan nahaste-abiadura ohikoenak 3 rpm eta 4 rpm dira.Laborategiko eskalako flokulagailu-fluxua edateko ura araztegiko flokulazio-tangako konpartimentuko emaria irudikatzeko diseinatuta dago.Potentzia 42 ekuazio tradizionala erabiliz kalkulatzen da.Bi biraketa-abiadurarentzat, abiadura-gradientea \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) 10 baino handiagoa da \({\text{sec}}^{-{1}}\) , Reynolds zenbakiak fluxu nahasia adierazten du (1. taula).
PIV erabiltzen da fluidoaren abiadura-bektoreen neurketa zehatzak eta kuantitatiboak aldi berean oso puntu kopuru handi batean50.Konfigurazio esperimentalak laborategiko eskalako paleta flokuladore bat, LaVision PIV sistema bat (2017) eta Arduino kanpoko laser sentsorearen abiarazlea izan zituen.Denboraren batez besteko abiadura-profilak sortzeko, PIV irudiak sekuentzialki grabatu ziren kokapen berean.PIV sistema kalibratuta dago xede-eremua paleta-beso jakin baten hiru paletako bakoitzaren luzeraren erdiko puntuan egon dadin.Kanpoko abiarazlea flokulagailuaren zabaleraren alde batean kokatutako laser batek eta beste aldean sentsore-hartzaile batek osatzen dute.Flokulatzaile-besoak laser-bidea blokeatzen duen bakoitzean, seinale bat bidaltzen da PIV sistemara irudi bat har dezan PIV laserarekin eta kamerarekin sinkronizatutako denbora-unitate programagarri batekin sinkronizatuta.irudian.2. irudiak PIV sistemaren instalazioa eta irudiak eskuratzeko prozesua erakusten ditu.
PIV-aren grabazioa malokulatzailea 5-10 minutuz funtzionatu ondoren hasi zen, fluxua normalizatzeko eta errefrakzio-indizearen eremu bera kontuan hartzeko.Kalibratzea lortzen da kalibrazio-plaka bat erabiliz flokulagailuan murgilduta eta interesgarri den palaren luzeraren erdialdean jarrita.Doitu PIV laseraren posizioa kalibrazio-plakaren gainean zuzenean argi-xafla laua osatzeko.Grabatu pala bakoitzaren biraketa-abiadura bakoitzeko neurtutako balioak, eta esperimenturako aukeratutako biraketa-abiadurak 3 rpm eta 4 rpm dira.
PIV grabazio guztietan, bi laser pultsuen arteko denbora tartea 6900 eta 7700 µs artean ezarri zen, eta horrek 5 pixeleko partikulen desplazamendu minimoa ahalbidetu zuen.Denboraren batez besteko neurketa zehatzak lortzeko behar den irudi kopuruari buruzko proba pilotuak egin ziren.Bektore-estatistikak 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240 eta 280 irudi dituzten laginetarako alderatu dira.240 irudiko lagin-tamainak denboran batez besteko emaitza egonkorrak ematen dituela aurkitu da, irudi bakoitza bi fotogramaz osatuta dagoela kontuan hartuta.
Flokulagailuaren fluxua nahasia denez, galdeketa-leiho txiki bat eta partikula kopuru handia behar dira egitura nahasi txikiak ebazteko.Tamaina murrizteko hainbat iterazio aplikatzen dira korrelazio gurutzatuaren algoritmo batekin batera zehaztasuna bermatzeko.Hasierako 48 × 48 pixeleko bozketa-leihoaren tamaina % 50eko gainjarriarekin eta egokitzapen prozesu baten ondoren, 32 × 32 pixeleko azken bozketa-leihoaren tamaina % 100eko gainjarriarekin eta bi egokitzapen prozesurekin.Horrez gain, beirazko esfera hutsak erabili ziren fluxuan hazi-partikula gisa, eta horrek gutxienez 10 partikula baimentzen zituen galdeketa-leiho bakoitzeko.PIV grabaketa abiarazle iturri batek abiarazten du Temporizazio Unitate Programagarri baten (PTU) barruan, laser iturria eta kamera funtzionatzeaz eta sinkronizatzeaz arduratzen dena.
ANSYS Fluent v 19.1 CFD pakete komertziala erabili zen 3D eredua garatzeko eta oinarrizko fluxu-ekuazioak ebazteko.
ANSYS-Fluent erabiliz, laborategi eskalako pala flokulatzaile baten 3D eredua sortu zen.Eredua kutxa angeluzuzen baten moduan egiten da, ardatz horizontalean muntatutako bi gurpilez osatua, laborategiko modeloa bezala.Freeboard gabeko modeloak 108 cm-ko altuera, 118 cm-ko zabalera eta 138 cm-ko luzera ditu.Nahastailearen inguruan plano zilindriko horizontal bat gehitu da.Plano zilindrikoen sorkuntzak nahasgailu osoaren biraketa ezarri behar du instalazio-fasean zehar eta flokulagailuaren barneko fluxu-eremu birakaria simulatu beharko luke, 3a irudian ikusten den moduan.
3D ANSYS-fluent eta eredu geometria-diagrama, ANSYS-fluent flokulagailuaren gorputz-sarea interes-planoan, ANSYS-fluent diagrama interes-planoan.
Ereduaren geometria bi eskualdez osatuta dago, eta horietako bakoitza fluido bat da.Hau kenketa funtzio logikoa erabiliz lortzen da.Lehenik eta behin, kendu zilindroa (nahastailea barne) kutxatik likidoa irudikatzeko.Ondoren, nahastailea zilindrotik kendu, bi objektu sortuz: nahastagailua eta likidoa.Azkenik, bi eremuen artean irristakorra interfazea aplikatu zen: zilindro-zilindro interfazea eta zilindro-nahasgailu interfazea (3a. irudia).
Zenbakizko simulazioak egiteko erabiliko diren turbulentzia-ereduen eskakizunak betetzeko osatu da eraikitako ereduen saretzea.Gainazal solidotik gertu geruza hedatuak dituen egiturarik gabeko sare bat erabili zen.Sortu hedapen-geruzak 1,2ko hazkuntza-tasa duten horma guztietarako, fluxu-eredu konplexuak jasotzen direla ziurtatzeko, \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m-ko lehen geruzaren lodierarekin, \ ({\testua {y))^{+}\le 1.0\).Gorputzaren tamaina tetraedroen egokitze metodoaren bidez doitzen da.2,5 × \({10}^{-3}\) m-ko elementu-tamaina duten bi interfazeren aurrealdeko tamaina sortzen da eta nahasgailuaren aurrealdeko tamaina 9 × \({10}^{-3}\ ) m aplikatzen da.Hasierako sortutako sareak 2144409 elementuz osatuta zegoen (3b. irudia).
Hasierako oinarrizko eredu gisa bi parametroko k–ε turbulentzia-eredua aukeratu zen.Flokulagailuaren barruko fluxua zehaztasunez simulatzeko, konputazionalki garestiagoa den eredu bat aukeratu zen.Malokulagailuaren barruko fluxu nahasia ikertu zen bi CFD eredu erabiliz: SST k–ω51 eta IDDES52.Bi ereduen emaitzak PIV emaitza esperimentalekin alderatu dira ereduak balioztatzeko.Lehenik eta behin, SST k-ω turbulentzia eredua fluidodinamikako aplikazioetarako bi ekuazioko biskositate nahasiaren eredua da.Wilcox k-ω eta k-ε ereduak konbinatzen dituen eredu hibrido bat da.Nahasketa funtzioak Wilcox eredua aktibatzen du hormaren ondoan eta k-ε eredua datorren fluxuan.Honek fluxu-eremu osoan eredu zuzena erabiltzen dela ziurtatzen du.Presio-gradiente kaltegarrien ondorioz fluxuen bereizketa zehaztasunez aurreikusten du.Bigarrenik, Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) metodoa, Individual Eddy Simulation (DES) ereduan oso erabilia SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) ereduarekin, hautatu zen.IDDES RANS-LES (eddy simulation handia) eredu hibrido bat da, eta erresoluzio-eskalatze (SRS) simulazio-eredu malguagoa eta erabilerrazagoa eskaintzen du.LES ereduan oinarritzen da zurrunbilo handiak ebazteko eta SST k-ω-ra itzultzen da eskala txikiko zurrunbiloak simulatzeko.SST k–ω eta IDDES simulazioen emaitzen analisi estatistikoak PIV emaitzekin alderatu dira eredua balioztatzeko.
Hasierako oinarrizko eredu gisa bi parametroko k–ε turbulentzia-eredua aukeratu zen.Flokulagailuaren barruko fluxua zehaztasunez simulatzeko, konputazionalki garestiagoa den eredu bat aukeratu zen.Malokulagailuaren barruko fluxu nahasia ikertu zen bi CFD eredu erabiliz: SST k–ω51 eta IDDES52.Bi ereduen emaitzak PIV emaitza esperimentalekin alderatu dira ereduak balioztatzeko.Lehenik eta behin, SST k-ω turbulentzia eredua fluidodinamikako aplikazioetarako bi ekuazioko biskositate nahasiaren eredua da.Wilcox k-ω eta k-ε ereduak konbinatzen dituen eredu hibrido bat da.Nahasketa funtzioak Wilcox eredua aktibatzen du hormaren ondoan eta k-ε eredua datorren fluxuan.Honek fluxu-eremu osoan eredu zuzena erabiltzen dela ziurtatzen du.Presio-gradiente kaltegarrien ondorioz fluxuen bereizketa zehaztasunez aurreikusten du.Bigarrenik, Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) metodoa, Individual Eddy Simulation (DES) ereduan oso erabilia SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) ereduarekin, hautatu zen.IDDES RANS-LES (eddy simulation handia) eredu hibrido bat da, eta erresoluzio-eskalatze (SRS) simulazio-eredu malguagoa eta erabilerrazagoa eskaintzen du.LES ereduan oinarritzen da zurrunbilo handiak ebazteko eta SST k-ω-ra itzultzen da eskala txikiko zurrunbiloak simulatzeko.SST k–ω eta IDDES simulazioen emaitzen analisi estatistikoak PIV emaitzekin alderatu dira eredua balioztatzeko.
Erabili presioan oinarritutako soluzio iragankorra eta erabili grabitatea Y norabidean.Biraketa nahastaileari sare-mugimendu bat esleituz lortzen da, non biraketa-ardatzaren jatorria ardatz horizontalaren erdian dagoen eta biraketa-ardatzaren noranzkoa Z norabidean dagoen.Sare-interfaze bat sortzen da ereduaren geometria-interfazeetarako bi, eta ondorioz, muga-koadroaren bi ertzak.Teknika esperimentalean bezala, biraketa-abiadura 3 eta 4 bira dagokio.
Nahasgailuaren eta flokulagailuaren hormen muga-baldintzak hormak ezarri zituen, eta flokulagailuaren goiko irekiera zero neurri-presiodun irteerak ezarri zuen (3c. irudia).Presio-abiadura komunikazio eskema SINZEA, bigarren mailako funtzioen gradiente-espazioaren diskretizazioa parametro guztiekin karratu txikieneko elementuetan oinarrituta.Fluxu-aldagai guztien konbergentzia-irizpidea 1 x \({10}^{-3}\) hondarraren eskala da.Denbora-urrats bakoitzeko gehienezko iterazio-kopurua 20 da, eta denbora-urratsaren tamaina 0,5°-ko biraketari dagokio.Soluzioa SST k–ω eredurako 8. iterazioan bat egiten du eta 12. iterazioan IDDES erabiliz.Horrez gain, denbora-urrats kopurua kalkulatu zen, nahasgailuak gutxienez 12 bira eman zezan.Aplikatu datuen laginketa denbora estatistiketarako 3 biraketaren ondoren, eta horrek emariaren normalizazioa ahalbidetzen du, prozedura esperimentalaren antzera.Iraultza bakoitzeko abiadura-begizken irteera alderatuz gero, azken lau biratarako emaitza berdinak ematen dira, egoera egonkorrera iritsi dela adieraziz.Bira gehigarriek ez zuten abiadura ertaineko sestrak hobetu.
Denbora-pausoa biraketa-abiaduraren arabera definitzen da, 3 rpm edo 4 rpm.Denbora-pausoa nahastailea 0,5° biratzeko behar den denborara fintzen da.Hau nahikoa da, irtenbidea erraz bat egiten baitu, aurreko atalean azaldu bezala.Horrela, bi turbulentzia-ereduetarako zenbakizko kalkulu guztiak 0,02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) 3 rpm-rako, 0,0208 \(\stackrel{ \mathrm{-} aldatutako denbora-pauso bat erabiliz egin dira. {3}\) 4 bira/min.Fintze-denbora-urrats jakin baterako, gelaxka baten Courant zenbakia 1.0 baino txikiagoa da beti.
Eredu-sarearen menpekotasuna aztertzeko, emaitzak lehenik 2,14 M-ko jatorrizko sarea erabiliz lortu dira eta gero 2,88 M-ko sare findua erabiliz.Sarearen fintasuna nahasgailuaren gorputzaren zelula-tamaina 9 × \({10}^{-3}\) m-tik 7 × \({10}^{-3}\) m-ra murriztuz lortzen da.Bi ereduen turbulentziaren jatorrizko eta findutako sareetarako, abiadura-moduluen batez besteko balioak alderatu ziren pala inguruko leku desberdinetan.Emaitzen arteko aldea %1,73koa da SST k–ω eredurako eta %3,51 IDDES eredurako.IDDESek ehuneko-aldea handiagoa erakusten du, RANS-LES eredu hibridoa delako.Desberdintasun hauek hutsaltzat jo ziren, beraz, simulazioa 2,14 milioi elementurekin eta 0,5°-ko errotazio-denbora duen jatorrizko sarearekin egin zen.
Emaitza esperimentalen errepikagarritasuna aztertu da sei esperimentuetako bakoitza bigarren aldiz eginez eta emaitzak alderatuz.Konparatu abiadura-balioak pala erdian bi esperimentu-serietan.Bi talde esperimentalen arteko batez besteko aldea %3,1ekoa izan zen.PIV sistema ere modu independentean berriro kalibratu zen esperimentu bakoitzeko.Konparatu analitikoki kalkulatutako abiadura pala bakoitzaren erdigunean PIV abiadurarekin kokapen berean.Konparaketa honek aldea erakusten du 1. palarako %6,5eko gehienezko errore-ehuneko batekin.
Irristatze-faktorea kuantifikatu aurretik, beharrezkoa da arraun-flokulagailu batean irristatzearen kontzeptua zientifikoki ulertzea, eta horrek malokulagailuaren palen inguruko fluxu-egitura aztertzea eskatzen du.Kontzeptuki, irristatze-koefizientea pala-flokulagailuen diseinuan sartzen da, palek urarekiko duten abiadura kontuan hartzeko.Literaturak gomendatzen du abiadura hori pala abiaduraren % 75 izatea, beraz diseinu gehienek normalean 0,25 ak erabiltzen dute doikuntza hori kontuan hartzeko.Horrek PIV esperimentuetatik eratorritako abiadura-lerroak erabiltzea eskatzen du fluxu-abiadura-eremua guztiz ulertzeko eta irristadura hori aztertzeko.1. pala ardatzetik hurbilen dagoen barneko pala da, 3. pala kanpokoena eta 2. pala erdiko pala.
1. palan abiadura korronte-lerroek biraketa zuzeneko fluxua erakusten dute pala inguruan.Fluxu-eredu hauek palaren eskuineko puntu batetik ateratzen dira, errotorearen eta palaren artean.4a irudiko puntu gorriko koadroak adierazten duen eremuari erreparatuz, interesgarria da birzirkulazio-fluxuaren beste alderdi bat antzematea pala gainean eta inguruan.Fluxuaren bistaratzeak fluxu gutxi erakusten du birzirkulazio gunera.Fluxu hori palaren eskuinaldetik hurbiltzen da palaren muturretik 6 cm inguruko altueran, baliteke irudian ikusten den palaren aurreko eskuko lehen palaren eraginagatik.4 rpm-ko fluxuaren bistaratzeak portaera eta egitura bera erakusten du, itxuraz abiadura handiagoarekin.
Abiadura-eremua eta korronte grafikoak 3 rpm eta 4 rpm-ko bi biraketa-abiadurako hiru palan.3 rpm-ko hiru palen batez besteko abiadura 0,15 m/s, 0,20 m/s eta 0,16 m/s-koa da hurrenez hurren, eta 4 rpm-ko batez besteko abiadura maximoa 0,15 m/s, 0,22 m/s eta 0,22 m/s-koa da. s, hurrenez hurren.hiru orritan.
Beste fluxu helikoidala bat aurkitu zen 1. eta 2. palen artean. Eremu bektorialak argi erakusten du ur-fluxua gorantz doala 2. paletako behealdetik, bektorearen norabideak adierazten duen moduan.4b irudiko puntuz egindako koadroak erakusten duen moduan, bektore hauek ez dira bertikalki gorantz doa pala gainazaletik, baizik eta eskuinera biratzen dira eta pixkanaka jaisten dira.1. palaren gainazalean, beheranzko bektoreak bereizten dira, bi paletatik hurbildu eta haien artean sortutako birzirkulazio-fluxutik inguratzen dituztenak.Fluxu-egitura bera biraketa-abiadura bietan zehaztu zen 4 rpm-ko abiadura-anplitudea handiagoarekin.
3. palaren abiadura-eremuak ez du ekarpen handirik egiten aurreko palaren abiadura-bektorea 3. palaren azpian dagoen fluxuarekin bat egiten duena. 3. palaren azpian dagoen fluxu nagusia urarekin batera igotzen den abiadura-bektore bertikalaren ondoriozkoa da.
3. palaren gainazaleko abiadura-bektoreak hiru taldetan bana daitezke, 4c irudian ikusten den bezala.Lehenengo multzoa palaren eskuineko ertzean dagoen multzoa da.Posizio honetan fluxu-egitura zuzena da eskuinera eta gora (hau da, 2. palarantz).Bigarren taldea pala erdikoa da.Posizio honen abiadura-bektorea zuzen gora zuzentzen da, inolako desbideratzerik gabe eta biraketarik gabe.Abiadura-balioaren beherakada pala-muturretik gorako altuera handituz zehaztu zen.Hirugarren taldearentzat, palen ezkerreko periferian kokatua, fluxua berehala ezkerrera zuzentzen da, hau da, flokulagailuaren hormara.Abiadura bektoreak adierazten duen fluxu gehiena gora doa, eta fluxuaren zati bat horizontalki beherantz.
Bi turbulentzia-eredu, SST k–ω eta IDDES, erabili ziren denboran batez besteko abiadura-profilak eraikitzeko 3 rpm eta 4 rpm palan batez besteko luzeraren planoan.5. irudian ikusten den moduan, egoera egonkorra lortzen da, ondoz ondoko lau biraketen bidez sortutako abiadura-ingeradaren arteko antzekotasun absolutua lortuz.Horrez gain, IDDESek sortutako denbora-batez besteko abiadura-profilak 6a irudian ageri dira, eta SST k – ω-k sortutako denbora-batez besteko abiadura-profilak, berriz, 6a irudian.6b.
IDDES eta SST k–ω-k sortutako denboraren batez besteko abiadura-begiztak erabiliz, IDDES-ek abiadura-begizlen proportzio handiagoa du.
Aztertu arretaz IDDES-ekin sortutako abiadura-profila 3 rpm-n 7. Irudian erakusten den moduan. Nahastaileak erlojuaren orratzen noranzkoan biratzen du eta fluxua erakusten duen oharren arabera eztabaidatzen da.
irudian.7 ikus daiteke I koadranteko 3 palan gainazalean fluxuaren bereizketa bat dagoela, goiko zuloaren presentziagatik fluxua ez baita mugatzen.II koadrantean ez da fluxuaren bereizketarik ikusten, fluxua guztiz mugatuta baitago flokulagailuaren hormek.III koadrantean, ura aurreko koadranteetan baino askoz abiadura txikiagoan edo baxuagoan biratzen da.I eta II koadranteetako ura nahasgailuaren eraginez behera mugitzen da (hau da, biratu edo kanpora botatzen da).Eta III koadrantean, ura astingailuaren palek kanporatzen dute.Begi bistakoa da leku honetako ur-masak hurbiltzen ari den mahuka malokulatzaileari aurre egiten diola.Koadrante honetako fluxu biribila guztiz bereizita dago.IV koadranterako, 3. paleta gaineko aire-fluxu gehiena flokuladorearen hormarantz zuzentzen da eta pixkanaka-pixkanaka bere tamaina galtzen du altuera goiko irekiguneraino igotzen den heinean.
Gainera, erdiko kokapenak III eta IV koadranteak nagusitzen dituen fluxu-eredu konplexuak biltzen ditu, puntu urdineko elipseek erakusten duten moduan.Markatutako eremu honek ez du zerikusirik pala-flokulagailuko zurrunbiloaren fluxuarekin, zurrunbiloaren mugimendua identifika baitaiteke.Hau I eta II koadranteen kontrakoa da, non barne-fluxuaren eta biraketa-fluxu osoaren arteko bereizketa garbia dagoen.
irudian ikusten den bezala.6. irudian, IDDES eta SST k-ω-ren emaitzak alderatuz, abiadura-sestraren arteko diferentzia nagusia 3. palaren azpian dagoen abiaduraren magnitudea da. SST k-ω ereduak argi erakusten du abiadura handiko fluxu hedatua 3. palak daramala. IDDESekin alderatuta.
Beste alde bat III koadrantean aurki daiteke.IDDESetik, lehen esan bezala, malokulatzaileen besoen arteko errotazio-fluxuaren bereizketa nabaritu zen.Dena den, posizio honek ertzetatik eta lehen palaren barnealdetik abiadura baxuko fluxuak eragin handia du.Kokapen bererako SST k–ω-tik, sestra-lerroek abiadura nahiko handiagoak erakusten dituzte IDDESekin alderatuta, ez baitago beste eskualdeetako fluxu konfluenterik.
Abiadura-eremu bektorialak eta korronte-lerroak ulertzea beharrezkoa da fluxuaren portaera eta egitura zuzen ulertzeko.Pala bakoitzak 5 cm-ko zabalera duela kontuan hartuta, zabaleran zazpi abiadura-puntu aukeratu ziren abiadura-profil adierazgarria emateko.Gainera, abiaduraren magnitudearen ulermen kuantitatiboa behar da pala-azaletik gorako altueraren arabera, abiadura-profila zuzenean marraztuz pala-azalera bakoitzaren gainean eta 2,5 cm-ko distantzia jarraituan bertikalki 10 cm-ko altuerara arte.Ikus S1, S2 eta S3 irudian informazio gehiago lortzeko.A eranskina. 8. irudian PIV esperimentuak eta ANSYS-Fluent analisiak IDDES eta SST k-ω erabiliz lortutako pala bakoitzaren gainazaleko abiaduraren banaketaren (Y = 0,0) antzekotasuna erakusten da.Zenbakizko eredu biek ahalbidetzen dute flokulatzaileen palen gainazaleko fluxu-egitura zehaztasunez simulatzea.
Abiadura banaketak PIV, IDDES eta SST k–ω palan gainazalean.X ardatzak xafla bakoitzaren zabalera milimetrotan adierazten du, jatorria (0 mm) xaflaren ezkerreko periferia eta amaiera (50 mm) xaflaren eskuineko periferia.
Argi ikusten da 2. eta 3. laben abiadura-banaketa 8. irudian eta 8. irudian agertzen direla.S2 eta S3 A eranskinean antzeko joerak erakusten dituzte altuerarekin, eta 1. pala modu independentean aldatzen da.2. eta 3. palen abiadura-profilak guztiz zuzen bihurtzen dira eta anplitude berdina dute pala amaieratik 10 cm-ko altueran.Horrek esan nahi du puntu honetan fluxua uniforme bihurtzen dela.Hori argi ikusten da IDDESek ondo erreproduzitzen dituen PIV emaitzetatik.Bien bitartean, SST k–ω emaitzek desberdintasun batzuk erakusten dituzte, batez ere 4 rpm-n.
Garrantzitsua da 1. palak abiadura-profilaren forma bera mantentzen duela posizio guztietan eta ez dagoela altueran normalizatuta, nahasgailuaren erdialdean sortzen den zurrunbiloak beso guztien lehen pala duelako.Gainera, IDDES-ekin alderatuta, PIV pala-abiadura-profilek 2 eta 3 abiadura-balioak apur bat handiagoak erakutsi zituzten toki gehienetan, pala-azaleratik 10 cm-ra ia berdinak izan arte.
Argitalpenaren ordua: 2023-02-26