Saiz Zarah lwn. Kecekapan Peneroka Tiub Cenderung: Simulasi CFD Mendapati Ambang 80 μm

Anda tahu seorang peneroka tiub mengeluarkan pepejal terampai. Tetapi adakah anda tahu saiz mana yang sebenarnya dialihkannya - dan saiz mana yang terlepas tanpa mengira seberapa baik tangki itu direka bentuk? Menggunakan simulasi CFD bagi pembilang 1,000 m³/d sebenar-peneroka tiub condong semasa di Wilayah Anhui, penyelidik memodelkan tingkah laku zarah daripada30 hingga 120 μmdi bawah keadaan operasi sebenar. Hasilnya ialah ambang yang jelas: di bawah 80 μm, saiz zarah hampir tidak penting untuk dialih keluar. Di atas 80 μm, kecekapan bermula. Jika koagulan anda tidak menghasilkan flok melebihi ambang itu, tiub condong anda tidak melakukan apa yang anda bayar.

KENAPA CFD - DAN KENAPA TANGKI INI

Kebanyakan kajian mengenai peneroka tiub condong memfokuskan pada corak aliran - mengoptimumkan dimensi tangki, mengurangkan zon mati, melicinkan taburan halaju. Beberapa orang telah bertanya soalan yang paling penting kepada kualiti efluen:memandangkan taburan saiz zarah tertentu, apakah yang sebenarnya akan dikeluarkan?Oleh kerana zarah yang berlainan diameter mempunyai halaju mendap yang berbeza, taburan saiz zarah pepejal terampai pengaruh secara langsung mengawal kecekapan pemendapan yang boleh dicapai oleh tangki.

Untuk menjawab ini, penyelidik menggunakanmodel pergolakan k-ε standard(untuk medan aliran) ditambah denganModel berbilang fasa campuran(untuk kelakuan dua fasa pepejal-cecair-) - gabungan yang baik-sesuai untuk mensimulasikan aliran bergelora, zarah-di dalam peneroka tiub operasi.

Kes ujian ialah pembilang sebenar-peneroka tiub condong semasa di sebuah kerja air di Wilayah Anhui, dengan reka bentuk dan parameter operasi berikut:

KEPUTUSAN 1: TEMPAT PARTIKEL MENENTUKAN - DAN KENAPA IA PENTING

Lima diameter zarah telah disimulasikan:30, 50, 80, 100, dan 120 μm. Bagi setiap satu, taburan menegak pepejal terampai telah diperiksa dengan memplot pecahan isipadu purata pada-bahagian rentas pada ketinggian yang berbeza (Rajah 2).

Tiga corak muncul daripada profil kepekatan:

1. Semua saiz zarah mengikut arah aliran umum yang sama.Bentuk keseluruhan lengkung ketinggian-berbanding{1}}kepekatan adalah serupa tanpa mengira diameter. Fizik tangki - empat-struktur zon, laluan aliran, corak pergolakan - mengenakan profil kepekatan yang sama.

2. Pada salur masuk tiub (~1.5 m tinggi), kepekatan meningkat secara mendadak untuk zarah yang lebih besar.Ini adalah zon peralihan di mana aliran memasuki tiub condong. Pergolakan dan pencampuran mewujudkan kawasan-kepekatan tinggi yang menggalakkan sentuhan zarah dan pemberbukuan - kesan positif untuk pengasingan pepejal-cecair. Semakin besar zarah yang memasuki zon ini, semakin ketara lonjakan kepekatan.

3. Di bahagian bawah tangki dan keratan rentas-efluen, saiz zarah memacu hasilnya.Berhampiran zon enapcemar, pecahan isipadu purata meningkat dengan saiz zarah - lebih banyak zarah besar mendap dan terkumpul di tempat yang sepatutnya. Pada bahagian rentas efluen-, pecahan isipadu purataberkuranganapabila saiz zarah bertambah - semakin sedikit zarah besar yang terlepas. Kaitannya tidak jelas:zarah yang lebih besar → lebih mendap → efluen yang lebih bersih.

KEPUTUSAN 2: ABANG 80 μm

Kecekapan penyingkiran η ditakrifkan sebagai:

di mana C_{salur masuk}ialah kepekatan SS influen (kg/m³) dan C_outletialah kepekatan SS efluen (kg/m³).

Rajah 3 menunjukkan hubungan antara kecekapan penyingkiran dan diameter zarah di bawah keadaan influen yang diberikan (295 mg/L SS, ketumpatan 1,050 kg/m³, kelikatan 0.02001 Pa·s). Lengkung bukan linear - ia mempunyai lutut yang berbeza.

Data mendedahkan dua rejim:

Sebabnya ialah hidraulik: zarah di bawah 80 μm mempunyai halaju mendap cukup rendah sehingga aliran menaik dalam tiub boleh membawanya keluar, tanpa mengira seberapa baik tangki itu direka bentuk. Di atas 80 μm, halaju mendap mengatasi halaju ke atas dengan margin yang semakin melebar, dan penyingkiran menjadi berkesan. Ambang 80 μm adalah khusus untuk geometri tangki ini dan keadaan operasi (diameter tiub 40 mm, kecondongan 60 darjah, halaju masuk 0.1 m/s) - tetapi prinsipnya digunakan secara meluas:setiap peneroka tiub mempunyai saiz zarah kritikal di bawahnya yang mana penyingkiran adalah lemah, dan saiz itu ditentukan oleh halaju menaik dalam tiub.

APA MAKNA INI UNTUK TUMBUHAN ANDA

1. Dos koagulan mempunyai sasaran, dan ia adalah 80 μm.Tujuan pembekuan dan pemberbukuan - melangkaui meneutralkan cas dan zarah merapatkan - adalah untuk menumbuhkan flok melepasi saiz genting di mana peneroka tiub boleh menangkapnya. Ujian balang harus mengesahkan bahawa flok terbentuk anda melebihi diameter ambang untuk geometri tangki khusus anda.

2. Jika efluen anda keruh dan saiz flok di bawah ambang, tiub bukan masalah - tahap pemberbukuan.Menambah lebih banyak tiub atau mengurangkan halaju menaik akan membantu sedikit. Tetapi pembaikan sebenar adalah hulu: pemberbukuan yang lebih baik untuk menghasilkan zarah yang lebih besar dan lebih tumpat yang boleh ditangkap oleh tiub sedia ada.

3. Saiz kritikal adalah tangki-khusus.Simulasi ini mendapati 80 μm untuk tiub 40 mm pada 60 darjah dengan halaju masuk 0.1 m/s. Diameter tiub yang lebih kecil, sudut yang lebih rata atau halaju ke atas yang lebih rendah akan mengalihkan ambang ke bawah - bermakna zarah yang lebih kecil boleh ditanggalkan. Inilah sebabnya mengapa geometri tiub dan beban hidraulik bukan hanya parameter reka bentuk; mereka secara langsung menetapkan saiz zarah minimum yang boleh dikendalikan oleh peneroka anda.

4. Simulasi CFD ialah alat reka bentuk praktikal, bukan latihan akademik.Gabungan model k-ε + Campuran yang digunakan di sini boleh meramalkan, untuk mana-mana geometri tangki dan keadaan pengendalian, lengkung kecekapan penyingkiran saiz zarah. Sebelum membina atau memasang semula, simulasi boleh menjawab soalan bahawa peraturan reka bentuk empirikal tidak boleh:adakah tangki ini akan mengeluarkan zarah dalam air mentah saya?