Osakeste suurus vs. kaldtoru settija efektiivsus: CFD simulatsioon leiab 80 μm läve

Teate, et torusetiti eemaldab hõljuvad tahked ained. Kuid kas teate, millised suurused see tegelikult eemaldab - ja millised suurused libisevad läbi, hoolimata sellest, kui hästi paak on konstrueeritud? Kasutades Anhui provintsis reaalse 1000 m³/d loenduri-voolu kaldtorude settija CFD-simulatsiooni, modelleerisid teadlased osakeste käitumist30 kuni 120 μmtegelikes töötingimustes. Tulemuseks on selge lävi: alla 80 μm on osakeste suurus eemaldamisel vaevalt oluline. Üle 80 μm tõuseb efektiivsus. Kui teie koagulant ei tekita helbeid üle selle läve, ei tee teie kaldtorud seda, mille eest maksite.

MIKS CFD - JA MIKS SEE PAAK

Enamik uuringuid kaldus torusettide kohta keskendub voolumustritele -, optimeerides paagi mõõtmeid, vähendades surnud tsoone ja ühtlustades kiiruse jaotust. Vähesed on esitanud küsimuse, mis on heitvee kvaliteedi jaoks kõige olulisem:mis konkreetse osakese suuruse jaotuse korral tegelikult eemaldatakse?Kuna erineva läbimõõduga osakestel on erinev settimiskiirus, reguleerib sissevoolavate hõljuvate ainete osakeste suurusjaotus otseselt paagiga saavutatavat settimise efektiivsust.

Sellele vastamiseks kasutasid teadlasedstandardne k-ε turbulentsimudel(vooluvälja jaoks) koosSegu mitmefaasiline mudel(tahke-vedeliku kahe-faasilise käitumise jaoks) - kombinatsioon, mis sobib hästi-turbulentse, osakeste-koormatud voolu simuleerimiseks töötavas torusettides.

Katsejuhtum oli tõeline vastuvoolu-kaldtorude settija Anhui provintsi veevärgis, millel olid järgmised konstruktsiooni- ja tööparameetrid:

TULEMUS 1: KUS OSAKESED KONTSENTREERITUD - JA MIKS ON SEE OLULINE

Simuleeriti viit osakese läbimõõtu:30, 50, 80, 100 ja 120 μm. Igaühe puhul uuriti hõljuvate ainete vertikaalset jaotust, kandes graafikule keskmise mahuosa erinevatel kõrgustel olevate ristlõigete kohta (joonis 2).

Kontsentratsiooniprofiilidest ilmnevad kolm mustrit:

1. Kõik osakeste suurused järgivad sama üldist suundumust.Kontsentratsiooni{0}}kõrguse{1}}kõvera üldine kuju on sõltumata läbimõõdust sarnane. Paagi füüsika - nelja-tsooni struktuur, voolutee, turbulentsusmuster - kehtestab ühise kontsentratsiooniprofiili.

2. Toru sisselaskeava juures (kõrgus ~1,5 m) suureneb kontsentratsioon järsult suuremate osakeste korral.See on üleminekutsoon, kus vool siseneb kaldtorudesse. Turbulents ja segunemine loovad kõrge-kontsentratsiooniga piirkonna, mis soodustab osakeste kontakti ja flokulatsiooni -, millel on positiivne mõju tahke ja vedeliku eraldamisel. Mida suuremad osakesed sellesse tsooni sisenevad, seda tugevam on kontsentratsiooni hüpe.

3. Paagi põhjas ja heitvee ristlõikes- määrab tulemuse osakeste suurus.Mudatsooni lähedal tõuseb keskmine mahuosa koos osakeste suurusega - rohkem suuri osakesi settib välja ja koguneb sinna, kus nad peaksid. Heitvee ristlõikes-keskmine mahuosavähenebkui osakeste suurus suureneb, - väljub vähem suuri osakesi. Korrelatsioon on ühemõtteline:suuremad osakesed → rohkem settivad → puhtam heitvesi.

TULEMUS 2: 80 μm LÄVE

Eemaldamise efektiivsus η on määratletud järgmiselt:

kus C_{sisselaskeava}on sissevoolava SS kontsentratsioon (kg/m³) ja C_{väljalaskeava}on heitvee SS kontsentratsioon (kg/m³).

Joonisel 3 on näidatud seos eemaldamise efektiivsuse ja osakeste läbimõõdu vahel antud sissevoolu tingimustes (295 mg/L SS, 1050 kg/m³ tihedus, 0,02001 Pa·s viskoossus). Kõver ei ole lineaarne -, sellel on selge põlv.

Andmed näitavad kahte režiimi:

Põhjus on hüdrauliline: alla 80 μm suuruste osakeste settimiskiirus on piisavalt väike, et torudes ülespoole suunduv vool suudaks neid teostada, olenemata paagi konstruktsioonist. Üle 80 μm ületab settimiskiirus suureneva varu võrra ülespoole suunatud kiirust ja eemaldamine muutub tõhusaks. 80 μm künnis on spetsiifiline selle paagi geomeetria ja töötingimustega (40 mm toru läbimõõt, 60 kraadi kalle, 0,1 m/s sisselaskekiirus) -, kuid põhimõte kehtib laias laastus:igal torusetitil on kriitiline osakeste suurus, millest allpool on eemaldamine halb ja selle suuruse määrab torudes ülespoole suunatud kiirus.

MIDA SEE TÄHENDAB TEIE TAIME JAOKS

1. Koagulandi doseerimisel on sihtmärk ja see on 80 μm.Koagulatsiooni ja flokulatsiooni eesmärk - peale neutraliseeriva laengu ja sillavate osakeste - on kasvatada flokud üle kriitilise suuruse, kus torusettija saab need kinni püüda. Purgi testimine peaks kinnitama, et teie moodustunud helbed ületavad teie konkreetse paagi geomeetria jaoks ettenähtud läbimõõdu.

2. Kui teie heitvesi on hägune ja helvete suurus on alla lävi, ei ole torud probleemiks - flokulatsioonietapp.Rohkemate torude lisamine või ülespoole suunatud kiiruse vähendamine aitab veidi. Kuid tegelik lahendus on ülesvoolu: parem flokulatsioon, et tekitada suuremaid ja tihedamaid osakesi, mida olemasolevad torud suudavad kinni püüda.

3. Kriitiline suurus on -paagispetsiifiline.See simulatsioon leidis 80 μm 40 mm toru jaoks 60 kraadi juures 0,1 m/s sisselaskekiirusega. Väiksem toru läbimõõt, lamedam nurk või väiksem kiirus ülespoole nihutab läve alla -, mis tähendab, et väiksemad osakesed muutuvad eemaldatavaks. Seetõttu ei ole toru geomeetria ja hüdrauliline koormus ainult konstruktsiooniparameetrid; need määravad otseselt minimaalse osakeste suuruse, millega teie asunik hakkama saab.

4. CFD simulatsioon on praktiline disainitööriist, mitte akadeemiline harjutus.Siin kasutatav k-ε + segu mudelikombinatsioon võib ennustada osakeste suuruse ja eemaldamise efektiivsuse kõverat iga paagi geomeetria ja töötingimuste korral. Enne ehitamist või moderniseerimist võib simulatsioon vastata küsimusele, et empiirilised projekteerimisreeglid ei suuda:kas see paak eemaldab osakesed minu toorveest?