316Ti स्टेनलेस स्टील कोइल गरिएको ट्यूब PIV र CFD कम रोटेशन गतिमा प्याडल फ्लोकुलेशनको हाइड्रोडाइनामिक्सको अध्ययन

Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद।तपाईं सीमित CSS समर्थनको साथ ब्राउजर संस्करण प्रयोग गर्दै हुनुहुन्छ।उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अपडेट गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड असक्षम गर्नुहोस्)।थप रूपमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी शैलीहरू र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट देखाउँछौं।
प्रकार 316Ti (UNS 31635) मोलिब्डेनम युक्त टाइटेनियम स्थिर अस्टेनिटिक क्रोमियम-निकेल स्टेनलेस स्टील हो।यो थपले क्षरण प्रतिरोध बढाउँछ, क्लोराइड आयन समाधानहरू पिटिङ्को प्रतिरोधमा सुधार गर्दछ र उच्च तापमानमा बढेको शक्ति प्रदान गर्दछ।गुणहरू प्रकार 316 सँग मिल्दोजुल्दो छ बाहेक 316Ti यसको टाइटेनियम थपको कारणले उच्च संवेदनशीलता तापमानमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।जंग प्रतिरोध सुधारिएको छ, विशेष गरी सल्फ्यूरिक, हाइड्रोक्लोरिक, एसिटिक, फॉर्मिक र टार्टरिक एसिड, एसिड सल्फेट र क्षारीय क्लोराइडहरू विरुद्ध।

रासायनिक संरचना:

गुणहरू: annealed:
अन्तिम तन्य शक्ति: ७५ KSI मिनेट (५१५ एमपीए मिनेट)
उपज शक्ति: (०.२% अफसेट) ३० KSI मिनेट (२०५ एमपीए मिनेट)
लम्बाइ: 40% मिनेट
कठोरता: Rb 95 अधिकतम

स्लाइडरहरू प्रति स्लाइड तीन लेखहरू देखाउँदै।स्लाइडहरू मार्फत सार्नको लागि पछाडि र अर्को बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस्, वा प्रत्येक स्लाइडमा सार्नको लागि अन्तमा स्लाइड नियन्त्रक बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस्।
यस अध्ययनमा, प्रयोगशाला स्केल प्याडल फ्लोकुलेटरमा अशान्त प्रवाह वेग क्षेत्रको प्रयोगात्मक र संख्यात्मक अनुसन्धानद्वारा फ्लोक्युलेसनको हाइड्रोडाइनामिक्सको मूल्याङ्कन गरिन्छ।पार्टिकल एग्रीगेशन वा फ्लोक ब्रेकअपलाई बढावा दिने अशान्त प्रवाह जटिल छ र यस पेपरमा SST k-ω र IDDES नामक दुई टर्ब्युलेन्स मोडेलहरू प्रयोग गरी विचार र तुलना गरिएको छ।परिणामहरूले देखाउँदछ कि IDDES ले SST k-ω मा धेरै सानो सुधार प्रदान गर्दछ, जुन प्याडल फ्लोकुलेटर भित्र प्रवाहलाई सही रूपमा अनुकरण गर्न पर्याप्त छ।फिट स्कोर PIV र CFD परिणामहरूको अभिसरण जाँच गर्न र प्रयोग गरिएको CFD टर्ब्युलेन्स मोडेलको नतिजाहरू तुलना गर्न प्रयोग गरिन्छ।अध्ययनले स्लिप कारक k मापन गर्नमा पनि केन्द्रित छ, जुन 0.25 को सामान्य सामान्य मानको तुलनामा 3 र 4 rpm को कम गतिमा 0.18 छ।k लाई ०.२५ बाट ०.१८ सम्म घटाउँदा तरल पदार्थमा डेलिभर हुने शक्ति लगभग २७-३०% ले बढ्छ र वेग ढाँचा (G) लगभग १४% ले बढ्छ।यसको मतलब यो हो कि अपेक्षित भन्दा बढी आन्दोलन प्रदान गरिएको छ, त्यसैले कम ऊर्जा खपत हुन्छ र त्यसैले खाने पानी प्रशोधन प्लान्टको फ्लोक्युलेसन इकाईमा ऊर्जा खपत कम हुन सक्छ।
पानी शुद्धिकरणमा, कोगुलेन्टहरू थप्दा साना कोलोइडल कणहरू र अशुद्धताहरू अस्थिर हुन्छन्, जुन त्यसपछि फ्लोकुलेशन चरणमा फ्लोक्युलेसन बनाउँदछ।फ्लेक्सहरू ढिलो रूपमा बाँधिएका फ्र्याक्टल एग्रीगेटहरू छन्, जुन त्यसपछि सेटलिङद्वारा हटाइन्छ।कण गुण र तरल मिश्रण अवस्था flocculation र उपचार प्रक्रिया को दक्षता निर्धारण गर्दछ।फ्लोकुलेशनलाई अपेक्षाकृत छोटो समयको लागि ढिलो आन्दोलन र पानीको ठूलो मात्रालाई उत्तेजित गर्न धेरै ऊर्जा चाहिन्छ।
फ्लोक्युलेसनको समयमा, सम्पूर्ण प्रणालीको हाइड्रोडायनामिक्स र कोगुलेन्ट-कण अन्तरक्रियाको रसायनले स्थिर कण आकार वितरण हासिल भएको दर निर्धारण गर्दछ।जब कणहरू टकराउँछन्, तिनीहरू एक अर्कामा टाँस्छन्।Oyegbile, Ay4 ले रिपोर्ट गर्यो कि टकरावहरू ब्राउनियन प्रसार, फ्लुइड शीयर र डिफरेंशियल सेटलिङको फ्लोक्युलेसन ट्रान्सपोर्ट मेकानिजममा निर्भर गर्दछ।जब फ्लेक्सहरू आपसमा ठोकिन्छन्, तिनीहरू बढ्छन् र निश्चित आकारको सीमामा पुग्छन्, जसले टुट्न सक्छ, किनभने फ्लेक्सहरूले हाइड्रोडायनामिक बलहरूको बललाई सामना गर्न सक्दैनन्।यी भाँचिएका फ्लेक्सहरू मध्ये केही साना वा उही साइजमा पुन: मिलाइन्छ।जे होस्, बलियो फ्लेक्सले यो बललाई प्रतिरोध गर्न सक्छ र तिनीहरूको आकार कायम राख्न सक्छ र बढ्छ7।Yukselen र Gregory8 ले फ्लेक्सको विनाश र पुन: उत्पन्न गर्ने क्षमतासँग सम्बन्धित अध्ययनहरूमा रिपोर्ट गरे, देखाउँदै कि अपरिवर्तनीयता सीमित छ।Bridgeman, Jefferson9 ले स्थानीय वेग ढाँचा मार्फत floc गठन र खण्डीकरणमा औसत प्रवाह र अशान्तिको स्थानीय प्रभाव अनुमान गर्न CFD प्रयोग गर्‍यो।रोटर ब्लेडहरूले सुसज्जित ट्याङ्कहरूमा, जम्मा हुने चरणमा पर्याप्त रूपमा अस्थिर हुँदा एग्रीगेटहरू अन्य कणहरूसँग टक्कर हुने गतिमा भिन्नता हुनुपर्छ।CFD र लगभग 15 rpm को कम रोटेशन गति प्रयोग गरेर, Vadasarukkai र Gagnon11 ले कोनिकल प्याडल फ्लोकुलेशनको लागि G मान हासिल गर्न सक्षम थिए, जसले गर्दा आन्दोलनको लागि बिजुली खपत कम भयो।यद्यपि, उच्च G मानहरूमा सञ्चालन गर्दा फ्लोकुलेशन हुन सक्छ।तिनीहरूले पायलट प्याडल फ्लोकुलेटरको औसत वेग ढाँचा निर्धारण गर्न गति मिश्रणको प्रभावको अनुसन्धान गरे।तिनीहरू 5 rpm भन्दा बढी गतिमा घुमाउँछन्।
Korpijärvi, Ahlstedt12 ले ट्यांक परीक्षण बेन्चमा प्रवाह क्षेत्र अध्ययन गर्न चार फरक टर्ब्युलेन्स मोडेलहरू प्रयोग गर्यो।तिनीहरूले लेजर डपलर एनिमोमिटर र PIV को साथ प्रवाह क्षेत्र मापन गरे र मापन परिणामहरूसँग गणना परिणामहरू तुलना गरे।de Oliveira र Donadel13 ले CFD प्रयोग गरेर हाइड्रोडाइनामिक गुणहरूबाट वेग ढाँचाहरू अनुमान गर्न वैकल्पिक विधि प्रस्ताव गरेका छन्।प्रस्तावित विधि हेलिकल ज्यामितिमा आधारित छ फ्लोकुलेशन एकाइहरूमा परीक्षण गरिएको थियो।flocculants मा अवधारण समय को प्रभाव को मूल्याङ्कन र एक flocculation मोडेल प्रस्तावित कि एक उपकरण को रूप मा कम प्रतिधारण समय संग तर्कसंगत सेल डिजाइन समर्थन गर्न को लागी प्रयोग गर्न सकिन्छ 14।Zhan, You15 ले फ्लोक विशेषताहरू र फ्लोक व्यवहारलाई फुल स्केल फ्लोक्युलेसनमा सिमुलेट गर्नको लागि संयुक्त CFD र जनसंख्या सन्तुलन मोडेलको प्रस्ताव राख्यो।Llano-Serna, Coral-Portillo16 ले कोलम्बियाको भिटेर्बोमा रहेको पानी प्रशोधन प्लान्टमा कोक्स-प्रकारको हाइड्रोफ्लोक्कुलेटरको प्रवाह विशेषताहरूको अनुसन्धान गर्‍यो।यद्यपि CFD का फाइदाहरू छन्, त्यहाँ पनि सीमितताहरू छन् जस्तै गणनामा संख्यात्मक त्रुटिहरू।तसर्थ, प्राप्त कुनै पनि संख्यात्मक नतिजाहरूलाई गम्भीर निष्कर्ष निकाल्नको लागि होसियारीपूर्वक जाँच र विश्लेषण गरिनुपर्छ।तेर्सो बाफल फ्लोकुलेटरहरूको डिजाइनमा साहित्यमा थोरै अध्ययनहरू छन्, जबकि हाइड्रोडायनामिक फ्लोकुलेटरहरूको डिजाइनको लागि सिफारिसहरू सीमित छन्18।चेन, Liao19 ले ध्रुवीकृत प्रकाशको स्क्याटरिङमा आधारित प्रयोगात्मक सेटअप प्रयोग गरी व्यक्तिगत कणहरूबाट छरिएको प्रकाशको ध्रुवीकरणको अवस्था मापन गर्न।फेंग, Zhang20 ले एडी धारहरूको वितरण अनुकरण गर्न एन्सिस-फ्लुएन्ट प्रयोग गर्‍यो र एक कोगुलेट प्लेट फ्लोकुलेटर र एक अन्तर-नालीदार फ्लोकुलेटरको प्रवाह क्षेत्रमा घुमाउरो।Ansys-Fluent प्रयोग गरेर फ्लोक्कुलेटरमा अशान्त तरल प्रवाहको अनुकरण गरेपछि, Gavi21 ले फ्लोकुलेटर डिजाइन गर्न नतिजाहरू प्रयोग गर्‍यो।Vaneli र Teixeira22 ले रिपोर्ट गरे कि सर्पिल ट्यूब फ्लोकुलेटरहरूको तरल गतिशीलता र फ्लोकुलेशन प्रक्रिया बीचको सम्बन्धलाई तर्कसंगत डिजाइनलाई समर्थन गर्न अझै राम्रोसँग बुझिएको छैन।de Oliveira र Costa Teixeira23 ले दक्षता अध्ययन गरे र भौतिकी प्रयोगहरू र CFD सिमुलेशनहरू मार्फत सर्पिल ट्यूब फ्लोकुलेटरको हाइड्रोडायनामिक गुणहरू प्रदर्शन गरे।धेरै शोधकर्ताहरूले कुण्डलित ट्यूब रिएक्टरहरू वा कुंडलित ट्यूब फ्लोकुलेटरहरू अध्ययन गरेका छन्।यद्यपि, विभिन्न डिजाइन र सञ्चालन अवस्थाहरूमा यी रिएक्टरहरूको प्रतिक्रियाको बारेमा विस्तृत हाइड्रोडायनामिक जानकारी अझै पनि अभाव छ (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25)।Oliveira र Teixeira26 ले सर्पिल फ्लोकुलेटरको सैद्धान्तिक, प्रयोगात्मक र CFD सिमुलेशनबाट मौलिक परिणामहरू प्रस्तुत गर्दछ।Oliveira र Teixeira27 ले सर्पिल कुण्डललाई परम्परागत डिकन्टर प्रणालीको संयोजनमा कोगुलेसन-फ्लोकुलेशन रिएक्टरको रूपमा प्रयोग गर्ने प्रस्ताव गरे।तिनीहरूले रिपोर्ट गर्छन् कि टर्बिडिटी हटाउने दक्षताको लागि प्राप्त परिणामहरू सामान्य रूपमा प्रयोग हुने मोडेलहरू flocculation मूल्याङ्कनका लागि प्राप्त गरिएका भन्दा धेरै फरक छन्, त्यस्ता मोडेलहरू प्रयोग गर्दा सावधानी अपनाउने सुझाव दिन्छ।मोरुज्जी र डे ओलिभेरा [२८] ले प्रयोग गरिएका कक्षहरूको संख्यामा भिन्नताहरू र निश्चित वा मापन गरिएको सेल वेग ढाँचाहरूको प्रयोग सहित विभिन्न अपरेटिङ अवस्थाहरूमा निरन्तर फ्लोकुलेशन कक्षहरूको प्रणालीको व्यवहारलाई मोडेल गरे।Romphophak, Le Men29 अर्ध-द्वि-आयामी जेट क्लीनरहरूमा तात्कालिक वेगहरूको PIV मापन।तिनीहरूले फ्लोकुलेशन क्षेत्रमा बलियो जेट-प्रेरित परिसंचरण फेला पारे र स्थानीय र तात्कालिक कतरनी दरहरू अनुमान गरे।
शाह, जोशी३० रिपोर्ट गर्छन् कि CFD ले डिजाइन सुधार गर्न र भर्चुअल प्रवाह विशेषताहरू प्राप्त गर्न एक रोचक विकल्प प्रदान गर्दछ।यसले व्यापक प्रयोगात्मक सेटअपहरूबाट बच्न मद्दत गर्दछ।CFD पानी र फोहोर पानी प्रशोधन प्लान्टहरू (मेलो, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35) को विश्लेषण गर्न प्रयोग भइरहेको छ।धेरै अन्वेषकहरूले परीक्षण उपकरणहरू (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) र छिद्रित डिस्क flocculators31 मा प्रयोगहरू प्रदर्शन गरेका छन्।अरूले हाइड्रोफ्लोक्कुलेटरहरूको मूल्याङ्कन गर्न CFD प्रयोग गरेका छन् (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37)।घवी२१ ले मेकानिकल फ्लोक्युलेटरलाई नियमित मर्मतसम्भार गर्नुपर्ने र प्रायः बिग्रने र धेरै बिजुली चाहिने गरेको बताए।
प्याडल फ्लोकुलेटरको प्रदर्शन जलाशयको हाइड्रोडाइनामिक्समा धेरै निर्भर हुन्छ।त्यस्ता फ्लोकुलेटरहरूमा प्रवाह वेग क्षेत्रहरूको मात्रात्मक बुझाइको कमीलाई साहित्यमा स्पष्ट रूपमा उल्लेख गरिएको छ (Howe, Hand38; Hendricks39)।सम्पूर्ण पानी मास फ्लोकुलेटर इम्पेलरको आन्दोलनको अधीनमा छ, त्यसैले स्लिपेज अपेक्षित छ।सामान्यतया, तरल वेग स्लिप कारक k द्वारा ब्लेड वेग भन्दा कम हुन्छ, जसलाई प्याडल व्हीलको वेगमा पानीको शरीरको वेगको अनुपातको रूपमा परिभाषित गरिन्छ।भोले४० ले रिपोर्ट गरे कि फ्लोकुलेटर डिजाइन गर्दा विचार गर्नुपर्ने तीनवटा अज्ञात कारकहरू छन्, जस्तै वेग ग्रेडियन्ट, ड्र्याग गुणांक, र ब्लेडको सापेक्ष पानीको सापेक्ष वेग।
Camp41 ले रिपोर्ट गर्छ कि उच्च गतिको मेसिनहरू विचार गर्दा, गति रोटर गतिको लगभग 24% र कम गति मेसिनहरूको लागि 32% भन्दा बढी हुन्छ।सेप्टाको अनुपस्थितिमा, Droste र Ger42 ले 0.25 को ak मान प्रयोग गर्यो, जबकि सेप्टाको मामलामा, k 0 देखि 0.15 सम्म थियो।तर, Hand38 ले सुझाव दिन्छ कि k ०.२ देखि ०.३ को दायरामा छ।Hendrix39 ले स्लिप कारकलाई एक अनुभवजन्य सूत्र प्रयोग गरेर घुमाउने गतिसँग सम्बन्धित गर्यो र निष्कर्ष निकाल्यो कि स्लिप कारक पनि Camp41 द्वारा स्थापित दायरा भित्र थियो।Bratby43 ले रिपोर्ट गरेको छ कि 1.8 देखि 5.4 rpm सम्म इम्पेलर गतिको लागि k लगभग 0.2 हो र 0.9 देखि 3 rpm सम्म इम्पेलर गतिको लागि 0.35 मा बढ्छ।अन्य शोधकर्ताहरूले 1.0 देखि 1.8 सम्म ड्र्याग गुणांक (Cd) मानहरूको विस्तृत दायरा र 0.25 देखि 0.40 सम्म (Feir र Geyer44; Hyde and Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren and Mar47; र Bra447) मा स्लिप गुणांक k मानहरू रिपोर्ट गर्छन्। )।क्याम्प ४१ को काम पछि साहित्यले k लाई परिभाषित र परिमाणीकरण गर्नमा उल्लेखनीय प्रगति देखाउँदैन।
फ्लोक्युलेसन प्रक्रिया टर्ब्युलेन्सलाई सहज बनाउन टर्ब्युलेन्समा आधारित हुन्छ, जहाँ वेग ढाँचा (G) टर्ब्युलेन्स/फ्लोक्युलेसन मापन गर्न प्रयोग गरिन्छ।मिश्रण पानीमा छिटो र समान रूपमा रसायनहरू फैलाउने प्रक्रिया हो।मिश्रण को डिग्री वेग ढाँचा द्वारा मापन गरिन्छ:
जहाँ G = वेग ढाँचा (sec-1), P = पावर इनपुट (W), V = पानीको मात्रा (m3), μ = गतिशील चिपचिपाहट (Pa s)।
G मान जति उच्च हुन्छ, त्यति मिश्रित हुन्छ।एकसमान कोगुलेसन सुनिश्चित गर्नको लागि राम्ररी मिश्रण आवश्यक छ।साहित्यले संकेत गर्दछ कि सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण डिजाइन प्यारामिटरहरू समय (t) र वेग ढाँचा (G) मिश्रण गर्दै छन्।फ्लोक्युलेसन प्रक्रिया टर्ब्युलेन्सलाई सहज बनाउन टर्ब्युलेन्समा आधारित हुन्छ, जहाँ वेग ढाँचा (G) टर्ब्युलेन्स/फ्लोक्युलेसन मापन गर्न प्रयोग गरिन्छ।G का लागि सामान्य डिजाइन मानहरू 20 देखि 70 s–1, t 15 देखि 30 मिनेट, र Gt (आयामविहीन) 104 देखि 105 हो। फास्ट मिक्स ट्याङ्कहरूले 700 देखि 1000 सम्मको G मानहरूसँग राम्रो काम गर्छ, समय रहँदा लगभग 2 मिनेट।
जहाँ P प्रत्येक फ्लोकुलेटर ब्लेडद्वारा तरलमा प्रदान गरिएको शक्ति हो, N घुमाउने गति हो, b ब्लेडको लम्बाइ हो, ρ पानीको घनत्व हो, r त्रिज्या हो, र k स्लिप गुणांक हो।यो समीकरण प्रत्येक ब्लेडमा व्यक्तिगत रूपमा लागू गरिन्छ र परिणामहरू flocculator को कुल पावर इनपुट दिनको लागि संक्षेप गरिन्छ।यस समीकरणको सावधानीपूर्वक अध्ययनले प्याडल फ्लोकुलेटरको डिजाइन प्रक्रियामा स्लिप कारक k को महत्त्व देखाउँछ।साहित्यले k को सही मान बताउँदैन, तर यसको सट्टा पहिले भनिए अनुसार दायरा सिफारिस गर्दछ।यद्यपि, शक्ति P र स्लिप गुणांक k बीचको सम्बन्ध घन हो।तसर्थ, यदि सबै प्यारामिटरहरू समान छन् भने, उदाहरणका लागि, k लाई ०.२५ बाट ०.३ मा परिवर्तन गर्नाले प्रति ब्लेड तरल पदार्थमा प्रसारण हुने शक्तिमा लगभग २०% ले कमी ल्याउनेछ, र k लाई ०.२५ बाट ०.१८ मा घटाउँदा उसको वृद्धि हुनेछ।लगभग 27-30% प्रति वेन द्वारा तरलमा प्रदान गरिएको शक्ति।अन्ततः, दिगो प्याडल फ्लोकुलेटर डिजाइनमा k को प्रभाव प्राविधिक परिमाणीकरण मार्फत अनुसन्धान गर्न आवश्यक छ।
स्लिपेजको सही अनुभवजन्य परिमाणीकरणको लागि प्रवाह दृश्य र सिमुलेशन आवश्यक छ।तसर्थ, विभिन्न ब्लेड स्थितिहरूको प्रभाव मूल्याङ्कन गर्न शाफ्टबाट विभिन्न रेडियल दूरीहरूमा र पानीको सतहबाट विभिन्न गहिराइमा एक निश्चित घूर्णन गतिमा पानीमा ब्लेडको स्पर्श गतिको वर्णन गर्न महत्त्वपूर्ण छ।
यस अध्ययनमा, प्रयोगशाला स्केल प्याडल फ्लोकुलेटरमा अशान्त प्रवाह वेग क्षेत्रको प्रयोगात्मक र संख्यात्मक अनुसन्धानद्वारा फ्लोक्युलेसनको हाइड्रोडाइनामिक्सको मूल्याङ्कन गरिन्छ।PIV मापन फ्लोकुलेटरमा रेकर्ड गरिएको छ, समय-औसत वेगको रूपरेखाहरू सिर्जना गर्दै पातहरू वरिपरि पानीका कणहरूको वेग देखाउँदै।थप रूपमा, ANSYS-Fluent CFD लाई फ्लोकुलेटर भित्र घुम्ने प्रवाहको अनुकरण गर्न र समय-औसत वेगको रूपरेखाहरू सिर्जना गर्न प्रयोग गरिएको थियो।नतिजा CFD मोडेल PIV र CFD परिणामहरू बीच पत्राचार मूल्याङ्कन गरेर पुष्टि गरिएको थियो।यस कार्यको फोकस स्लिप गुणांक k मापन गर्नमा छ, जुन प्याडल फ्लोकुलेटरको आयामरहित डिजाइन प्यारामिटर हो।यहाँ प्रस्तुत कार्यले 3 rpm र 4 rpm को कम गतिमा स्लिप गुणांक k मापन गर्नको लागि नयाँ आधार प्रदान गर्दछ।नतिजाहरूको निहितार्थले फ्लोकुलेशन ट्याङ्कीको हाइड्रोडाइनामिक्सको राम्रो बुझाइमा प्रत्यक्ष रूपमा योगदान गर्दछ।
प्रयोगशाला फ्लोकुलेटरमा 147 सेमीको समग्र उचाइ, 39 सेन्टिमिटरको उचाइ, 118 सेमीको समग्र चौडाइ, र 138 सेमी (चित्र 1) को समग्र लम्बाइ भएको खुला शीर्ष आयताकार बक्स हुन्छ।Camp49 द्वारा विकसित मुख्य डिजाइन मापदण्डहरू प्रयोगशाला स्केल प्याडल फ्लोकुलेटर डिजाइन गर्न र आयामी विश्लेषणका सिद्धान्तहरू लागू गर्न प्रयोग गरियो।प्रयोगात्मक सुविधा लेबनानी अमेरिकी विश्वविद्यालय (Byblos, लेबनान) को पर्यावरण इन्जिनियरिङ प्रयोगशाला मा निर्माण गरिएको थियो।
तेर्सो अक्ष तलबाट 60 सेन्टिमिटरको उचाइमा अवस्थित छ र दुई प्याडल पाङ्ग्राहरू समायोजन गर्दछ।प्रत्येक प्याडल ह्वीलमा कुल १२ वटा प्याडलका लागि प्रत्येक प्याडलमा ३ वटा प्याडलसहित ४ वटा प्याडलहरू हुन्छन्।Flocculation को 2 देखि 6 rpm को कम गति मा कोमल आन्दोलन को आवश्यकता छ।फ्लोकुलेटरहरूमा सबैभन्दा सामान्य मिश्रण गतिहरू 3 rpm र 4 rpm हुन्।प्रयोगशाला स्केल फ्लोकुलेटर फ्लोलाई पिउने पानी प्रशोधन प्लान्टको फ्लोकुलेशन ट्याङ्की डिब्बामा प्रवाह प्रतिनिधित्व गर्न डिजाइन गरिएको हो।पावर परम्परागत समीकरण 42 प्रयोग गरेर गणना गरिन्छ।दुबै घूर्णन गतिहरूको लागि, गति ढाँचा \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) १० भन्दा ठूलो \({\text{sec}}^{-{1}}\) , रेनोल्ड्स नम्बरले अशान्त प्रवाहलाई संकेत गर्दछ (तालिका 1)।
PIV बिन्दुहरूको धेरै ठूलो संख्यामा एकै साथ तरल वेग भेक्टरहरूको सही र मात्रात्मक मापन प्राप्त गर्न प्रयोग गरिन्छ।प्रयोगात्मक सेटअपमा प्रयोगशाला-स्केल प्याडल फ्लोकुलेटर, एक LaVision PIV प्रणाली (2017), र Arduino बाह्य लेजर सेन्सर ट्रिगर समावेश थियो।समय-औसत वेग प्रोफाइलहरू सिर्जना गर्न, PIV छविहरू क्रमबद्ध रूपमा एउटै स्थानमा रेकर्ड गरियो।PIV प्रणाली यसरी क्यालिब्रेट गरिएको छ कि लक्ष्य क्षेत्र एक विशेष प्याडल हातको तीनवटा ब्लेड मध्ये प्रत्येकको लम्बाइको मध्य बिन्दुमा छ।बाह्य ट्रिगरले फ्लोकुलेटर चौडाइको एक छेउमा अवस्थित लेजर र अर्को छेउमा सेन्सर रिसीभर समावेश गर्दछ।प्रत्येक पटक फ्लोकुलेटर हातले लेजर मार्गलाई रोक्छ, PIV लेजर र प्रोग्रामयोग्य समय एकाइसँग सिङ्क्रोनाइज गरिएको क्यामेराको साथ छवि खिच्न PIV प्रणालीमा एक संकेत पठाइन्छ।अंजीर मा।2 ले PIV प्रणालीको स्थापना र छवि अधिग्रहण प्रक्रिया देखाउँछ।
PIV को रेकर्डिङ फ्लोक्युलेटर 5-10 मिनेटको लागि प्रवाह सामान्य बनाउन र उही अपवर्तक सूचकांक क्षेत्रलाई खातामा लिनको लागि सञ्चालन गरिसकेपछि सुरु गरिएको थियो।क्यालिब्रेसन फ्लोकुलेटरमा डुबेको क्यालिब्रेसन प्लेट प्रयोग गरेर र रुचिको ब्लेडको लम्बाइको मध्य बिन्दुमा राखेर प्राप्त गरिन्छ।क्यालिब्रेसन प्लेटको सिधै माथि फ्ल्याट लाइट पाना बनाउन PIV लेजरको स्थिति समायोजन गर्नुहोस्।प्रत्येक ब्लेडको प्रत्येक रोटेशन गतिको लागि मापन गरिएको मानहरू रेकर्ड गर्नुहोस्, र प्रयोगको लागि छनोट गरिएको रोटेशन गतिहरू 3 rpm र 4 rpm छन्।
सबै PIV रेकर्डिङहरूको लागि, दुई लेजर पल्सहरू बीचको समय अन्तराल 6900 देखि 7700 µs को दायरामा सेट गरिएको थियो, जसले न्यूनतम 5 पिक्सेलको कण विस्थापनलाई अनुमति दिन्छ।सही समय-औसत मापन प्राप्त गर्न आवश्यक छविहरूको संख्यामा पायलट परीक्षणहरू गरियो।भेक्टर तथ्याङ्कहरू 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240, र 280 छविहरू समावेश भएका नमूनाहरूको लागि तुलना गरिएको थियो।240 छविहरूको नमूना आकार स्थिर समय-औसत परिणामहरू प्रदान गर्न फेला पर्यो कि प्रत्येक छवि दुई फ्रेमहरू समावेश गर्दछ।
फ्लोक्युलेटरमा प्रवाह अशान्त भएकोले, सानो अशान्त संरचनाहरू समाधान गर्न एउटा सानो सोधपुछ विन्डो र ठूलो संख्यामा कणहरू आवश्यक पर्दछ।सटीकता सुनिश्चित गर्न क्रस-सम्बन्ध एल्गोरिदमको साथ आकार घटाउने धेरै पुनरावृत्तिहरू लागू गरिन्छ।50% ओभरल्याप र एक अनुकूलन प्रक्रियाको साथ 48×48 पिक्सेलको प्रारम्भिक मतदान विन्डो साइज 100% ओभरल्याप र दुई अनुकूलन प्रक्रियाहरू सहित 32×32 पिक्सेलको अन्तिम मतदान विन्डो आकार पछि गरिएको थियो।थप रूपमा, काँचको खोक्रो क्षेत्रहरू प्रवाहमा बीज कणहरूको रूपमा प्रयोग गरिन्थ्यो, जसले प्रति मतदान विन्डोमा कम्तिमा 10 कणहरूलाई अनुमति दिन्छ।PIV रेकर्डिङलाई प्रोग्रामेबल टाइमिङ युनिट (PTU) भित्र ट्रिगर स्रोतद्वारा प्रारम्भ गरिएको हो, जुन लेजर स्रोत र क्यामेरालाई सञ्चालन र समक्रमण गर्न जिम्मेवार छ।
व्यावसायिक CFD प्याकेज ANSYS Fluent v 19.1 3D मोडेल विकास गर्न र आधारभूत प्रवाह समीकरणहरू समाधान गर्न प्रयोग गरिएको थियो।
ANSYS-Fluent प्रयोग गरेर, प्रयोगशाला-स्केल प्याडल फ्लोकुलेटरको 3D मोडेल सिर्जना गरिएको थियो।यो मोडेल एक आयताकार बक्सको रूपमा बनाइएको छ, प्रयोगशाला मोडेल जस्तै तेर्सो अक्षमा माउन्ट गरिएका दुई प्याडल पाङ्ग्राहरू समावेश छन्।फ्रीबोर्ड बिना मोडेल 108 सेमी उच्च, 118 सेमी चौडा र 138 सेमी लामो छ।मिक्सर वरिपरि एक तेर्सो बेलनाकार विमान थपिएको छ।बेलनाकार विमान उत्पादनले स्थापना चरणको समयमा सम्पूर्ण मिक्सरको परिक्रमा कार्यान्वयन गर्नुपर्छ र चित्र 3a मा देखाइए अनुसार फ्लोकुलेटर भित्र घुम्ने प्रवाह फिल्डको नक्कल गर्नुपर्छ।
3D ANSYS-प्रवाह र मोडेल ज्यामिति रेखाचित्र, रुचिको विमानमा ANSYS-फ्लोक्युलेटर बडी मेस, रुचिको विमानमा ANSYS-फ्लुएन्ट रेखाचित्र।
मोडेल ज्यामितिमा दुई क्षेत्रहरू हुन्छन्, जसमध्ये प्रत्येक तरल पदार्थ हो।यो तार्किक घटाव प्रकार्य प्रयोग गरेर प्राप्त गरिन्छ।पहिले तरल पदार्थ प्रतिनिधित्व गर्न बक्सबाट सिलिन्डर (मिक्सर सहित) घटाउनुहोस्।त्यसपछि सिलिन्डरबाट मिक्सर घटाउनुहोस्, परिणामस्वरूप दुई वस्तुहरू: मिक्सर र तरल।अन्तमा, दुई क्षेत्रहरू बीच एक स्लाइडिङ इन्टरफेस लागू गरियो: एक सिलिन्डर-सिलिन्डर इन्टरफेस र एक सिलिन्डर-मिक्सर इन्टरफेस (चित्र 3a)।
संख्यात्मक सिमुलेशनहरू चलाउन प्रयोग गरिने टर्ब्युलेन्स मोडेलहरूको आवश्यकताहरू पूरा गर्न निर्माण गरिएका मोडेलहरूको मेसिङ पूरा भएको छ।ठोस सतह नजिकै विस्तारित तहहरु संग एक असंरचित जाल प्रयोग गरिएको थियो।\(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m को पहिलो तह मोटाईको साथ यो सुनिश्चित गर्नको लागि 1.2 को वृद्धि दरका साथ सबै पर्खालहरूको विस्तार तहहरू सिर्जना गर्नुहोस्। ( {\text {y))^{+}\le 1.0\)।शरीरको आकार टेट्राहेड्रन फिटिंग विधि प्रयोग गरेर समायोजन गरिन्छ।2.5 × \({10}^{-3}\) m को एलिमेन्ट साइज भएको दुई इन्टरफेसहरूको अगाडि साइड साइज सिर्जना गरिएको छ, र 9 × \({10}^{-3}\ ) को मिक्सर फ्रन्ट साइज बनाइएको छ। m लागू हुन्छ।प्रारम्भिक उत्पन्न जालमा 2144409 तत्वहरू (चित्र 3b) समावेश थिए।
दुई-प्यारामिटर k–ε टर्ब्युलेन्स मोडेल प्रारम्भिक आधार मोडेलको रूपमा छनोट गरिएको थियो।फ्लोक्युलेटर भित्र घुम्ने प्रवाहलाई सही रूपमा अनुकरण गर्न, अधिक गणनात्मक रूपमा महँगो मोडेल छनोट गरिएको थियो।फ्लोकुलेटर भित्रको अशान्त घुमाउरो प्रवाहलाई दुई CFD मोडेलहरू प्रयोग गरेर संख्यात्मक रूपमा अनुसन्धान गरिएको थियो: SST k–ω51 र IDDES52।दुबै मोडेलहरूको नतिजाहरू प्रयोगात्मक PIV नतिजाहरूसँग मोडेलहरू प्रमाणित गर्न तुलना गरिएको थियो।पहिलो, SST k-ω टर्ब्युलेन्स मोडेल फ्लुइड डायनामिक्स अनुप्रयोगहरूको लागि दुई-समीकरण टर्ब्युलेन्ट भिस्कोसिटी मोडेल हो।यो विल्कोक्स k-ω र k-ε मोडेलहरू संयोजन गर्ने हाइब्रिड मोडेल हो।मिक्सिङ प्रकार्यले पर्खाल नजिक विल्कोक्स मोडेल र आगामी प्रवाहमा k-ε मोडेल सक्रिय गर्दछ।यसले सुनिश्चित गर्दछ कि सही मोडेल प्रवाह क्षेत्रमा प्रयोग गरिन्छ।यसले प्रतिकूल दबाव ढाँचाका कारण प्रवाह विभाजनको सही भविष्यवाणी गर्दछ।दोस्रो, SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) मोडेलको साथ व्यक्तिगत एड्डी सिमुलेशन (DES) मोडेलमा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने उन्नत डिफर्ड एडी सिमुलेशन (IDDES) विधि चयन गरिएको थियो।IDDES एक हाइब्रिड RANS-LES (ठूलो एडी सिमुलेशन) मोडेल हो जसले थप लचिलो र प्रयोगकर्ता-अनुकूल रिजोल्युसन स्केलिंग (SRS) सिमुलेशन मोडेल प्रदान गर्दछ।यो LES मोडेलमा आधारित छ ठूला एडीहरू समाधान गर्न र SST k-ω मा फर्केर साना स्केल एडीहरू अनुकरण गर्न।SST k–ω र IDDES सिमुलेशनहरूबाट नतिजाहरूको सांख्यिकीय विश्लेषणहरूलाई PIV नतिजाहरूसँग मोडेल मान्य गर्न तुलना गरिएको थियो।
दुई-प्यारामिटर k–ε टर्ब्युलेन्स मोडेल प्रारम्भिक आधार मोडेलको रूपमा छनोट गरिएको थियो।फ्लोक्युलेटर भित्र घुम्ने प्रवाहलाई सही रूपमा अनुकरण गर्न, अधिक गणनात्मक रूपमा महँगो मोडेल छनोट गरिएको थियो।फ्लोकुलेटर भित्रको अशान्त घुमाउरो प्रवाहलाई दुई CFD मोडेलहरू प्रयोग गरेर संख्यात्मक रूपमा अनुसन्धान गरिएको थियो: SST k–ω51 र IDDES52।दुबै मोडेलहरूको नतिजाहरू प्रयोगात्मक PIV नतिजाहरूसँग मोडेलहरू प्रमाणित गर्न तुलना गरिएको थियो।पहिलो, SST k-ω टर्ब्युलेन्स मोडेल फ्लुइड डायनामिक्स अनुप्रयोगहरूको लागि दुई-समीकरण टर्ब्युलेन्ट भिस्कोसिटी मोडेल हो।यो विल्कोक्स k-ω र k-ε मोडेलहरू संयोजन गर्ने हाइब्रिड मोडेल हो।मिक्सिङ प्रकार्यले पर्खाल नजिक विल्कोक्स मोडेल र आगामी प्रवाहमा k-ε मोडेल सक्रिय गर्दछ।यसले सुनिश्चित गर्दछ कि सही मोडेल प्रवाह क्षेत्रमा प्रयोग गरिन्छ।यसले प्रतिकूल दबाव ढाँचाका कारण प्रवाह विभाजनको सही भविष्यवाणी गर्दछ।दोस्रो, SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) मोडेलको साथ व्यक्तिगत एड्डी सिमुलेशन (DES) मोडेलमा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने उन्नत डिफर्ड एडी सिमुलेशन (IDDES) विधि चयन गरिएको थियो।IDDES एक हाइब्रिड RANS-LES (ठूलो एडी सिमुलेशन) मोडेल हो जसले थप लचिलो र प्रयोगकर्ता-अनुकूल रिजोल्युसन स्केलिंग (SRS) सिमुलेशन मोडेल प्रदान गर्दछ।यो LES मोडेलमा आधारित छ ठूला एडीहरू समाधान गर्न र SST k-ω मा फर्केर साना स्केल एडीहरू अनुकरण गर्न।SST k–ω र IDDES सिमुलेशनहरूबाट नतिजाहरूको सांख्यिकीय विश्लेषणहरूलाई PIV नतिजाहरूसँग मोडेल मान्य गर्न तुलना गरिएको थियो।
दबाव-आधारित क्षणिक समाधान प्रयोग गर्नुहोस् र Y दिशामा गुरुत्वाकर्षण प्रयोग गर्नुहोस्।रोटेशन मिक्सरमा जाल गति प्रदान गरेर प्राप्त गरिन्छ, जहाँ रोटेशन अक्षको उत्पत्ति तेर्सो अक्षको केन्द्रमा हुन्छ र रोटेशन अक्षको दिशा Z दिशामा हुन्छ।एक जाल इन्टरफेस दुबै मोडेल ज्यामिति इन्टरफेसहरूको लागि सिर्जना गरिएको छ, जसको परिणामस्वरूप दुई बाउन्डिङ बक्स किनारहरू छन्।प्रयोगात्मक प्रविधिको रूपमा, रोटेशन गति 3 र 4 क्रान्तिहरूसँग मेल खान्छ।
मिक्सर र flocculator को पर्खाल को लागि सीमा अवस्था पर्खाल द्वारा सेट गरिएको थियो, र flocculator को शीर्ष खोल्ने शून्य गेज दबाव (चित्र 3c) को साथ आउटलेट द्वारा सेट गरिएको थियो।साधारण दबाव-वेग संचार योजना, कम्तिमा वर्ग तत्वहरूमा आधारित सबै प्यारामिटरहरूको साथ दोस्रो-अर्डर कार्यहरूको ग्रेडियन्ट स्पेसको विवेक।सबै प्रवाह चरहरूको लागि अभिसरण मापदण्ड स्केल गरिएको अवशिष्ट 1 x \({10}^{-3}\) हो।प्रति समय चरणको पुनरावृत्तिहरूको अधिकतम संख्या 20 हो, र समय चरण आकार 0.5° को रोटेशनसँग मेल खान्छ।समाधान SST k–ω मोडेलको लागि 8 औं पुनरावृत्तिमा र IDDES प्रयोग गरेर 12 औं पुनरावृत्तिमा कन्भर्ज हुन्छ।थप रूपमा, समय चरणहरूको संख्या गणना गरिएको थियो ताकि मिक्सरले कम्तिमा 12 क्रान्तिहरू बनायो।3 परिक्रमा पछि समय तथ्याङ्कको लागि डेटा नमूना लागू गर्नुहोस्, जसले प्रवाहको सामान्यीकरणलाई अनुमति दिन्छ, प्रयोगात्मक प्रक्रिया जस्तै।प्रत्येक क्रान्तिको लागि स्पीड लूपको आउटपुट तुलना गर्दा पछिल्लो चार क्रान्तिको लागि ठ्याक्कै उस्तै नतिजाहरू दिन्छ, एक स्थिर स्थितिमा पुगेको संकेत गर्दछ।अतिरिक्त revs ले मध्यम गतिको रूपरेखा सुधार गर्दैन।
समय चरण रोटेशन गति, 3 rpm वा 4 rpm को सम्बन्ध मा परिभाषित गरिएको छ।समय चरण ०.५° द्वारा मिक्सर घुमाउन आवश्यक समय मा परिष्कृत गरिएको छ।यो पर्याप्त हुन जान्छ, किनकि समाधान सजिलै संग रूपान्तरण हुन्छ, अघिल्लो खण्डमा वर्णन गरिए अनुसार।यसरी, दुबै टर्ब्युलेन्स मोडेलका लागि सबै संख्यात्मक गणनाहरू 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) को परिमार्जित समय चरण प्रयोग गरेर 3 rpm, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-}) को प्रयोग गरी गरिएको थियो। {3}\) ४ आरपीएम।दिइएको परिशोधन समय चरणको लागि, कक्षको Courant संख्या सधैं 1.0 भन्दा कम हुन्छ।
मोडेल-जाल निर्भरता अन्वेषण गर्न, परिणामहरू पहिले मूल 2.14M जाल र त्यसपछि परिष्कृत 2.88M जाल प्रयोग गरेर प्राप्त गरियो।मिक्सर बडीको सेल साइज ९ × \({10}^{-3}\) m बाट 7 × \({10}^{-3}\) m सम्म घटाएर ग्रिड रिफाइनमेन्ट प्राप्त गरिन्छ।दुई मोडेल टर्ब्युलेन्सको मूल र परिष्कृत जालहरूको लागि, ब्लेड वरपर विभिन्न स्थानहरूमा वेग मोड्युलहरूको औसत मानहरू तुलना गरिएको थियो।परिणामहरू बीचको प्रतिशत भिन्नता SST k–ω मोडेलको लागि 1.73% र IDDES मोडेलको लागि 3.51% हो।IDDES ले उच्च प्रतिशत भिन्नता देखाउँछ किनभने यो हाइब्रिड RANS-LES मोडेल हो।यी भिन्नताहरूलाई महत्वहीन मानिन्थ्यो, त्यसैले सिमुलेशन 2.14 मिलियन तत्वहरू र 0.5° को रोटेशन समय चरणको साथ मूल जाल प्रयोग गरेर प्रदर्शन गरिएको थियो।
प्रयोगात्मक परिणामहरूको पुन: उत्पादनशीलता छवटा प्रयोगहरू मध्ये प्रत्येकलाई दोस्रो पटक प्रदर्शन गरेर र परिणामहरू तुलना गरेर जाँच गरियो।प्रयोगको दुई श्रृंखलामा ब्लेडको केन्द्रमा गति मानहरू तुलना गर्नुहोस्।दुई प्रयोगात्मक समूहहरू बीचको औसत प्रतिशत भिन्नता 3.1% थियो।PIV प्रणाली पनि प्रत्येक प्रयोगको लागि स्वतन्त्र रूपमा पुन: क्यालिब्रेट गरिएको थियो।एउटै स्थानमा PIV गतिसँग प्रत्येक ब्लेडको केन्द्रमा विश्लेषणात्मक रूपमा गणना गरिएको गति तुलना गर्नुहोस्।यो तुलनाले ब्लेड 1 को लागि 6.5% को अधिकतम प्रतिशत त्रुटि संग भिन्नता देखाउँछ।
स्लिप कारक मापन गर्नु अघि, प्याडल फ्लोकुलेटरमा स्लिपको अवधारणालाई वैज्ञानिक रूपमा बुझ्न आवश्यक छ, जसले फ्लोकुलेटरको प्याडल वरिपरि प्रवाह संरचना अध्ययन गर्न आवश्यक छ।वैचारिक रूपमा, पानीसँग सम्बन्धित ब्लेडहरूको गतिलाई ध्यानमा राख्न प्याडल फ्लोकुलेटरहरूको डिजाइनमा पर्ची गुणांक बनाइएको छ।साहित्यले यो गति ब्लेड गतिको ७५% हुन सिफारिस गर्छ, त्यसैले प्रायः डिजाइनहरूले यो समायोजनको लागि खातामा ०.२५ को एके प्रयोग गर्छन्।यसले प्रवाह वेग क्षेत्रलाई पूर्ण रूपमा बुझ्न र यो पर्ची अध्ययन गर्न PIV प्रयोगहरूबाट व्युत्पन्न वेग स्ट्रिमलाइनहरूको प्रयोग आवश्यक छ।ब्लेड 1 शाफ्टको सबैभन्दा भित्री ब्लेड हो, ब्लेड 3 बाहिरी ब्लेड हो, र ब्लेड 2 बीचको ब्लेड हो।
ब्लेड 1 मा वेग स्ट्रिमलाइनहरूले ब्लेड वरिपरि प्रत्यक्ष घुमाउने प्रवाह देखाउँदछ।यी प्रवाह ढाँचाहरू ब्लेडको दायाँ छेउमा, रोटर र ब्लेड बीचको बिन्दुबाट उत्पन्न हुन्छन्।चित्र 4a मा रातो डटेड बक्स द्वारा संकेत गरिएको क्षेत्र हेर्दै, यो ब्लेड माथि र वरपर पुन: परिसंचरण प्रवाह को अर्को पक्ष पहिचान गर्न रोचक छ।प्रवाह भिजुअलाइजेशनले पुन: परिसंचरण क्षेत्रमा थोरै प्रवाह देखाउँछ।यो प्रवाह ब्लेडको अन्त्यबाट लगभग 6 सेन्टीमिटरको उचाइमा ब्लेडको दाहिने तर्फबाट आउँछ, सम्भवतः ब्लेडको अघिल्लो हातको पहिलो ब्लेडको प्रभावले गर्दा, जुन छविमा देखिन्छ।4 rpm मा प्रवाह दृश्यले समान व्यवहार र संरचना देखाउँछ, स्पष्ट रूपमा उच्च गतिको साथ।
3 rpm र 4 rpm को दुई रोटेशन गतिमा तीन ब्लेडको वेग क्षेत्र र वर्तमान ग्राफहरू।3 rpm मा तीनवटा ब्लेडको अधिकतम औसत गति क्रमशः 0.15 m/s, 0.20 m/s र 0.16 m/s छ, र 4 rpm मा अधिकतम औसत गति 0.15 m/s, 0.22 m/s र 0.22 m/s छ। s, क्रमशः।तीन पानाहरूमा।
भेक्टर 1 र 2 को बीचमा हेलिकल फ्लोको अर्को रूप फेला पर्यो। भेक्टर फिल्डले स्पष्ट रूपमा देखाउँछ कि भेक्टरको दिशाले संकेत गरे अनुसार पानीको प्रवाह भेन 2 को तलबाट माथितिर सरिरहेको छ।चित्र 4b मा डटेड बक्सले देखाइए अनुसार, यी भेक्टरहरू ब्लेड सतहबाट ठाडो रूपमा माथि जाँदैनन्, तर दायाँतिर घुम्छन् र बिस्तारै तल झर्छन्।ब्लेड १ को सतहमा, तलतिरका भेक्टरहरू छुट्याइएको छ, जसले दुवै ब्लेडलाई नजिक पार्छ र तिनीहरूको बीचमा बनेको पुन: परिसंचरण प्रवाहबाट घेर्छ।समान प्रवाह संरचना 4 rpm को उच्च गति आयाम संग दुवै रोटेशन गति मा निर्धारण गरिएको थियो।
ब्लेड 3 को वेग क्षेत्रले ब्लेड 3 तलको प्रवाहमा जोड्ने अघिल्लो ब्लेडको वेग भेक्टरबाट महत्त्वपूर्ण योगदान गर्दैन। ब्लेड 3 अन्तर्गतको मुख्य प्रवाह पानीको साथ माथि उभिएको भेक्टरको कारण हो।
चित्र 4c मा देखाइए अनुसार ब्लेड 3 को सतह माथिको वेग भेक्टरहरूलाई तीन समूहमा विभाजन गर्न सकिन्छ।पहिलो सेट ब्लेडको दाहिने किनारमा सेट हो।यस स्थितिमा प्रवाह संरचना सीधा दायाँ र माथि छ (अर्थात ब्लेड 2 तिर)।दोस्रो समूह ब्लेडको बीचमा छ।यस स्थितिको लागि वेग भेक्टरलाई कुनै विचलन बिना र घुमाउन बिना सीधा माथि निर्देशित गरिन्छ।ब्लेडको अन्त्य माथिको उचाइमा वृद्धिको साथ वेग मानमा कमी निर्धारण गरिएको थियो।तेस्रो समूहको लागि, ब्लेडको बायाँ परिधिमा अवस्थित, प्रवाह तुरुन्तै बायाँतिर निर्देशित हुन्छ, अर्थात् फ्लोकुलेटरको पर्खालमा।वेग भेक्टरले प्रतिनिधित्व गरेको अधिकांश प्रवाह माथि जान्छ, र प्रवाहको अंश तेर्सो रूपमा तल जान्छ।
दुई टर्ब्युलेन्स मोडेलहरू, SST k–ω र IDDES, 3 rpm र 4 rpm को लागि समय-औसत वेग प्रोफाइलहरू ब्लेड मतलब लम्बाइको विमानमा निर्माण गर्न प्रयोग गरियो।चित्र 5 मा देखाइए अनुसार, स्थिर अवस्था चार क्रमिक घुमाउरो द्वारा बनाईएको वेग आकृतिहरू बीच पूर्ण समानता हासिल गरेर प्राप्त गरिन्छ।थप रूपमा, IDDES द्वारा उत्पन्न गरिएको समय-औसत वेगको रूपरेखा चित्र 6a मा देखाइएको छ, जबकि SST k – ω द्वारा उत्पन्न गरिएको समय-औसत वेग प्रोफाइलहरू चित्र 6a मा देखाइएको छ।६ ख।
SST k–ω द्वारा उत्पन्न IDDES र समय-औसत वेग लूपहरू प्रयोग गरेर, IDDES सँग वेग लूपहरूको उच्च अनुपात छ।
चित्र 7 मा देखाइए अनुसार IDDES मार्फत 3 rpm मा सिर्जना गरिएको स्पीड प्रोफाइललाई ध्यानपूर्वक जाँच गर्नुहोस्। मिक्सर घडीको दिशामा घुम्छ र देखाइएका टिपोटहरू अनुसार प्रवाह छलफल गरिन्छ।
अंजीर मा।7 यो देख्न सकिन्छ कि I quadrant मा ब्लेड 3 को सतह मा प्रवाह को एक अलगाव छ, किनकि माथिल्लो प्वाल को उपस्थिति को कारण प्रवाह अवरोध छैन।चतुर्भुज II मा प्रवाहको कुनै पृथक्करण अवलोकन गरिएको छैन, किनकि फ्लोकुलेटरको पर्खालहरू द्वारा प्रवाह पूर्ण रूपमा सीमित छ।क्वाड्रन्ट III मा, पानी अघिल्लो चतुर्थांश भन्दा धेरै कम वा कम गतिमा घुम्छ।चतुर्भुज I र II मा पानी मिक्सर को कार्य द्वारा तल सारिएको छ (अर्थात घुमाइएको वा बाहिर धकेलिएको)।र क्वाड्रन्ट III मा, पानीलाई आन्दोलनकारीको ब्लेडले बाहिर धकेलिन्छ।यो स्पष्ट छ कि यस ठाउँमा पानीको मासले आउँदै गरेको फ्लोकुलेटर आस्तीनलाई प्रतिरोध गर्दछ।यस चतुर्थांशमा घुम्ने प्रवाह पूर्ण रूपमा अलग गरिएको छ।क्वाड्रन्ट IV को लागि, भेन 3 माथिको अधिकांश वायुप्रवाह फ्लोकुलेटर पर्खाल तर्फ निर्देशित हुन्छ र बिस्तारै यसको आकार माथिको उचाइमा बढ्दै जाँदा बिस्तारै हराउँछ।
थप रूपमा, केन्द्रीय स्थानमा जटिल प्रवाह ढाँचाहरू समावेश छन् जुन चतुर्भुज III र IV मा हावी हुन्छ, जस्तै निलो डटेड एलिप्सहरू द्वारा देखाइएको छ।यो चिन्हित क्षेत्रको प्याडल फ्लोकुलेटरमा घुम्ने प्रवाहसँग कुनै सरोकार छैन, किनकि घुम्ने गति पहिचान गर्न सकिन्छ।यो चतुर्भुज I र II को विपरीत हो जहाँ आन्तरिक प्रवाह र पूर्ण घूर्णन प्रवाह बीच स्पष्ट विभाजन छ।
अंजीर मा देखाइएको छ।6, IDDES र SST k-ω को नतिजाहरू तुलना गर्दै, वेगको रूपरेखाहरू बीचको मुख्य भिन्नता भनेको ब्लेड 3 को तुरुन्तै तलको वेगको परिमाण हो। SST k-ω मोडेलले स्पष्ट रूपमा देखाउँछ कि विस्तारित उच्च-वेग प्रवाह ब्लेड 3 द्वारा गरिन्छ। IDDES को तुलनामा।
अर्को भिन्नता चतुर्भुज III मा पाउन सकिन्छ।IDDES बाट, पहिले उल्लेख गरिएझैं, flocculator हतियारहरू बीच रोटेशनल प्रवाह विभाजन नोट गरिएको थियो।यद्यपि, यो स्थिति कुनाहरू र पहिलो ब्लेडको भित्री भागबाट कम वेगको प्रवाहले कडा रूपमा प्रभावित हुन्छ।उही स्थानको लागि SST k–ω बाट, समोच्च रेखाहरूले IDDES को तुलनामा तुलनात्मक रूपमा उच्च गतिहरू देखाउँछन् किनभने त्यहाँ अन्य क्षेत्रहरूबाट कुनै संगम प्रवाह छैन।
प्रवाह व्यवहार र संरचनाको सही समझको लागि वेग भेक्टर क्षेत्रहरू र स्ट्रिमलाइनहरूको गुणात्मक बुझाइ आवश्यक छ।प्रत्येक ब्लेड 5 सेन्टीमिटर चौडाइ भएको छ भनेर, एक प्रतिनिधि वेग प्रोफाइल प्रदान गर्न चौडाइमा सात वेग बिन्दुहरू छनौट गरियो।थप रूपमा, ब्लेड सतह माथिको उचाइको प्रकार्यको रूपमा वेगको परिमाणको एक मात्रात्मक बुझाइ प्रत्येक ब्लेड सतहमा सीधा र 2.5 सेन्टीमिटरको निरन्तर दूरीमा 10 सेन्टिमिटरको उचाइसम्म वेग प्रोफाइल प्लट गरेर आवश्यक हुन्छ।थप जानकारीको लागि चित्रमा S1, S2 र S3 हेर्नुहोस्।परिशिष्ट A. चित्र 8 ले PIV प्रयोगहरू र ANSYS-Fluent विश्लेषण IDDES र SST k-ω प्रयोग गरेर प्राप्त प्रत्येक ब्लेड (Y = 0.0) को सतह वेग वितरणको समानता देखाउँछ।दुबै संख्यात्मक मोडेलहरूले फ्लोकुलेटर ब्लेडको सतहमा प्रवाह संरचनालाई सही रूपमा अनुकरण गर्न सम्भव बनाउँदछ।
ब्लेड सतहमा वेग वितरण PIV, IDDES र SST k–ω।x-अक्षले प्रत्येक पानाको चौडाइ मिलिमिटरमा प्रतिनिधित्व गर्दछ, उत्पत्ति (0 मिमी) ले पानाको बायाँ परिधि र अन्त्य (50 मिमी) ले पानाको दायाँ परिधि प्रतिनिधित्व गर्दछ।
यो स्पष्ट रूपमा देखाइएको छ कि ब्लेड 2 र 3 को गति वितरण Fig.8 र Fig.8 मा देखाइएको छ।परिशिष्ट A मा S2 र S3 ले उचाइको साथ समान प्रवृत्ति देखाउँदछ, जबकि ब्लेड 1 स्वतन्त्र रूपमा परिवर्तन हुन्छ।ब्लेड 2 र 3 को वेग प्रोफाइलहरू पूर्ण रूपमा सीधा हुन्छन् र ब्लेडको अन्त्यबाट 10 सेन्टिमिटरको उचाइमा समान आयाम हुन्छन्।यसको मतलब यो बिन्दुमा प्रवाह समान हुन्छ।यो PIV परिणामहरूबाट स्पष्ट रूपमा देखिन्छ, जुन IDDES द्वारा राम्रोसँग पुन: उत्पादन गरिएको छ।यसैबीच, SST k–ω परिणामहरूले केही भिन्नताहरू देखाउँछन्, विशेष गरी 4 rpm मा।
यो नोट गर्न महत्त्वपूर्ण छ कि ब्लेड 1 ले सबै स्थानहरूमा वेग प्रोफाइलको समान आकार कायम राख्छ र उचाइमा सामान्यीकृत हुँदैन, किनकि मिक्सरको केन्द्रमा बनाइएको घुमाउरोले सबै हातहरूको पहिलो ब्लेड समावेश गर्दछ।साथै, IDDES को तुलनामा, PIV ब्लेड गति प्रोफाइलहरू 2 र 3 ले धेरै स्थानहरूमा थोरै उच्च गति मानहरू देखाए जबसम्म तिनीहरू ब्लेड सतह माथि 10 सेन्टिमिटरमा लगभग बराबर थिएनन्।