Dalelių dydis ir pasvirusio vamzdelio nusodintuvo efektyvumas: CFD modeliavimas nustato 80 μm slenkstį

Jūs žinote, kad vamzdžių nusodintuvas pašalina suspenduotas kietąsias medžiagas. Bet ar žinote, kokių dydžių jis iš tikrųjų pašalina - ir kurie dydžiai praslysta, nepaisant to, kaip gerai suprojektuotas bakas? Naudodami tikrojo 1000 m³/d skaitiklio-srovės pasvirusio vamzdžio nusodintuvo Anhui provincijoje CFD modeliavimą, mokslininkai modeliavo dalelių elgsenąnuo 30 iki 120 μmtikromis eksploatavimo sąlygomis. Rezultatas yra aiškus slenkstis: mažesnis nei 80 μm, dalelių dydis beveik nėra svarbus pašalinimui. Virš 80 μm efektyvumas pakyla. Jei jūsų koaguliantas nesukuria flokų, viršijančių šią ribą, jūsų pasvirę vamzdeliai nedaro to, už ką sumokėjote.

KODĖL CFD - IR KODĖL ŠIS BAKAS

Dauguma tyrimų, susijusių su pasvirusiais vamzdžių nusodintuvais, yra skirti srauto modeliams - optimizuoti rezervuaro matmenis, sumažinti negyvąsias zonas, išlyginti greičio pasiskirstymą. Nedaugelis uždavė klausimą, kuris yra svarbiausias nuotekų kokybei:atsižvelgiant į konkretų dalelių dydžio pasiskirstymą, kas iš tikrųjų pašalinama?Kadangi skirtingo skersmens dalelės turi skirtingą nusėdimo greitį, įtekančių skendinčių kietųjų dalelių dalelių pasiskirstymas tiesiogiai kontroliuoja nusėdimo efektyvumą, kurį gali pasiekti rezervuaras.

Norėdami atsakyti į tai, mokslininkai naudojostandartinis k-ε turbulencijos modelis(srauto laukui) kartu suMišinio daugiafazis modelis(kietojo ir skysčio dviejų{0}}fazių elgsenai) - derinys, gerai-tinkantis modeliuoti turbulentinį, dalelių-prikrautą srautą veikiančio vamzdžio nusodintuvo viduje.

Bandomasis atvejis buvo tikras prieš-srovių nuožulnus vamzdžių nusodintuvas vandens gamykloje Anhui provincijoje, turintis šiuos konstrukcijos ir veikimo parametrus:

1 REZULTATAS: KUR DALELĖS KONCENTRATAS - IR KODĖL TAI SVARBU

Buvo modeliuojami penki dalelių skersmenys:30, 50, 80, 100 ir 120 μm. Kiekvieno iš jų vertikalus skendinčių kietųjų dalelių pasiskirstymas buvo ištirtas brėžiant vidutinę tūrio dalį skirtinguose aukščiuose esančiuose skerspjūviuose (2 pav.).

Iš koncentracijos profilių atsiranda trys modeliai:

1. Visi dalelių dydžiai atitinka tą pačią bendrą tendenciją.Bendra koncentracijos{0}}pagal{1}}aukštį kreivės forma yra panaši, nepaisant skersmens. Bako fizika - keturių-zonų struktūra, srauto kelias, turbulencijos modelis - nustato bendrą koncentracijos profilį.

2. Vamzdžio įleidimo angoje (~1,5 m aukštyje) koncentracija smarkiai padidėja didesnėms dalelėms.Tai pereinamoji zona, kurioje srautas patenka į pasvirusius vamzdžius. Turbulencija ir maišymas sukuria didelės-koncentracijos sritį, kuri skatina dalelių kontaktą ir flokuliaciją - teigiamai veikia kietojo ir skysčio atskyrimą. Kuo didesnės dalelės patenka į šią zoną, tuo ryškesnis koncentracijos šuolis.

3. Bako dugne ir nuotekų skerspjūvyje{1}}dalelių dydis lemia rezultatą.Netoli dumblo zonos vidutinė tūrio dalis didėja, kai dalelių dydis - daugiau didelių dalelių nusėda ir kaupiasi ten, kur turėtų. Nuotekų skerspjūvyje-vidutinė tūrio dalismažėjadidėjant dalelių dydžiui - išbėga mažiau didelių dalelių. Koreliacija nedviprasmiška:didesnės dalelės → daugiau nusėda → švaresnės nuotekos.

2 REZULTATAS: 80 μm slenkstis

Pašalinimo efektyvumas η apibrėžiamas taip:

kur C_įvadasyra įtekančio SS koncentracija (kg/m³) ir C_{išleidimo anga}yra nuotekų SS koncentracija (kg/m³).

3 paveiksle parodytas ryšys tarp pašalinimo efektyvumo ir dalelių skersmens nurodytomis įtekėjimo sąlygomis (295 mg/L SS, 1 050 kg/m³ tankis, 0,02001 Pa·s klampumas). Kreivė nėra linijinė -, joje yra atskiras kelias.

Duomenys atskleidžia du režimus:

Priežastis yra hidraulinė: dalelių, kurių dydis yra mažesnis nei 80 μm, nusėdimo greitis yra pakankamai mažas, kad srautas į viršų vamzdeliuose galėtų juos atlikti, nepaisant to, kaip gerai suprojektuotas bakas. Virš 80 μm, nusėdimo greitis lenkia aukštyn greitį platėjančia riba, ir pašalinimas tampa efektyvus. 80 μm slenkstis priklauso nuo šio bako geometrijos ir veikimo sąlygų (40 mm vamzdžio skersmuo, 60 laipsnių nuolydis, 0,1 m/s įleidimo greitis) -, tačiau principas taikomas plačiai:kiekvienas vamzdelio nusodintuvas turi kritinį dalelių dydį, žemiau kurio pašalinimas yra prastas, ir tą dydį lemia greitis vamzdeliuose..

KĄ TAI REIKIA JŪSŲ AUGALUI

1. Koagulanto dozavimas turi tikslą, ir jis yra 80 μm.Koaguliacijos ir flokuliacijos tikslas -, ne tik neutralizuojantis krūvį ir jungiančias daleles -, yra išauginti flokulius, viršijančius kritinį dydį, kad vamzdelio nusodintuvas galėtų juos užfiksuoti. Stiklainio bandymas turėtų patvirtinti, kad susidarę flokas viršija slenkstinį skersmenį pagal jūsų konkrečios rezervuaro geometriją.

2. Jei jūsų nuotekos yra drumstos, o floko dydis mažesnis už slenkstį, vamzdeliai nėra problema - flokuliacijos stadija.Pridėjus daugiau vamzdžių arba sumažinus greitį aukštyn, tai šiek tiek padės. Tačiau tikrasis sprendimas yra prieš srovę: geresnė flokuliacija, kad susidarytų didesnės, tankesnės dalelės, kurias gali užfiksuoti esami vamzdeliai.

3. Kritinis dydis priklauso nuo bako-.Šis modeliavimas nustatė 80 μm 40 mm vamzdžiui esant 60 laipsnių kampui su 0,1 m/s įėjimo greičiu. Mažesnis vamzdžio skersmuo, plokštesnis kampas arba mažesnis greitis aukštyn nukreiptų slenkstį žemyn -, o tai reiškia, kad mažesnes daleles galima pašalinti. Štai kodėl vamzdžių geometrija ir hidraulinė apkrova nėra tik projektiniai parametrai; jie tiesiogiai nustato mažiausią dalelių dydį, kurį gali apdoroti naujakuris.

4. CFD modeliavimas yra praktinis projektavimo įrankis, o ne akademinis pratimas.Čia naudojamas k-ε + mišinio modelio derinys gali numatyti dalelių dydžio ir pašalinimo efektyvumo kreivę bet kokiai rezervuaro geometrijai ir veikimo sąlygoms. Prieš statant ar modifikuojant, modeliavimas gali atsakyti į klausimą, kad empirinės projektavimo taisyklės negali:ar šis bakas pašalins daleles iš mano žalio vandens?