Rozmiar cząstek a wydajność osadnika w nachylonej rurze: symulacja CFD pozwala znaleźć próg 80 μm

Wiesz, że osadnik rurowy usuwa zawieszone ciała stałe. Ale czy wiesz, jakie rozmiary tak naprawdę usuwa -, a które prześlizgują się przez nie niezależnie od tego, jak dobrze zaprojektowany jest zbiornik? Wykorzystując symulację CFD rzeczywistego licznika-prądu z nachyloną rurą w prowincji Anhui, badacze modelowali zachowanie cząstek30 do 120 µmw rzeczywistych warunkach pracy. Rezultatem jest wyraźny próg: poniżej 80 μm rozmiar cząstek nie ma praktycznie znaczenia przy usuwaniu. Powyżej 80 μm wydajność wzrasta. Jeżeli koagulant nie wytwarza kłaczków powyżej tego progu, oznacza to, że nachylone rurki nie spełniają swojej funkcji, za którą zapłaciłeś.

DLACZEGO CFD - I DLACZEGO TEN CZOŁG

Większość badań dotyczących osadników z pochyłą rurą koncentruje się na wzorach przepływu - optymalizujących wymiary zbiornika, redukujących martwe strefy i wygładzających rozkład prędkości. Niewielu zadało pytanie, które ma największe znaczenie dla jakości ścieków:biorąc pod uwagę określony rozkład wielkości cząstek, co właściwie zostaje usunięte?Ponieważ cząstki o różnych średnicach mają różną prędkość osadzania, rozkład wielkości cząstek napływających zawiesin stałych bezpośrednio wpływa na skuteczność sedymentacji, jaką może osiągnąć zbiornik.

Aby odpowiedzieć na to pytanie, badacze wykorzystali metodęstandardowy model turbulencji k-ε(dla pola przepływu) w połączeniu zModel mieszaniny wielofazowej(dla zachowania dwu-fazy ciało stałe-ciecz) - to kombinacja dobrze-odpowiednia do symulowania turbulentnego przepływu-cząstek stałych wewnątrz operacyjnego osadnika rurowego.

Przypadkiem testowym był rzeczywisty osadnik przeciwprądowy-z nachyloną rurą w wodociągu w prowincji Anhui, o następujących parametrach konstrukcyjnych i operacyjnych:

WYNIK 1: GDZIE KONCENTRATUJĄ SIĘ CZĄSTECZKI - I DLACZEGO TO ZNACZY

Symulowano pięć średnic cząstek:30, 50, 80, 100 i 120 μm. Dla każdego z nich zbadano pionowy rozkład zawieszonych cząstek, wykreślając średni udział objętościowy na przekrojach-na różnych wysokościach (rysunek 2).

Z profili koncentracji wyłaniają się trzy wzorce:

1. Wszystkie rozmiary cząstek mają tę samą ogólną tendencję.Ogólny kształt krzywej stężenia-w funkcji-wysokości jest podobny niezależnie od średnicy. Fizyka zbiornika - cztero-struktura strefowa, ścieżka przepływu, wzór turbulencji - narzucają wspólny profil stężenia.

2. Na wlocie rurki (wysokość ~1,5 m) stężenie gwałtownie wzrasta w przypadku większych cząstek.Jest to strefa przejściowa, w której przepływ wpływa do nachylonych rur. Turbulencje i mieszanie tworzą obszar-o wysokim stężeniu, który sprzyja kontaktowi cząstek i flokulacji, - co ma pozytywny wpływ na oddzielanie substancji stałych od cieczy. Im większe cząstki dostają się do tej strefy, tym wyraźniejszy jest skok stężenia.

3. Na dnie zbiornika i w przekroju ścieków-o wyniku decyduje wielkość cząstek.W pobliżu strefy osadu średni udział objętościowy wzrasta wraz z wielkością cząstek. - więcej dużych cząstek osadza się i gromadzi tam, gdzie powinno. W przekroju-odpływu średni udział objętościowymalejewraz ze wzrostem rozmiaru cząstek - ucieka mniej dużych cząstek. Zależność jest jednoznaczna:większe cząstki → więcej osadzania → czystszy ściek.

WYNIK 2: PRÓG 80 µm

Skuteczność usuwania η definiuje się jako:

gdzie C_wlotoznacza dopływające stężenie SS (kg/m3) i C_wylotoznacza stężenie SS na ściekach (kg/m3).

Rysunek 3 przedstawia zależność między wydajnością usuwania a średnicą cząstek w danych warunkach dopływu (295 mg/l SS, gęstość 1050 kg/m3, lepkość 0,02001 Pa·s). Krzywa nie jest liniowa -, ma wyraźne kolano.

Dane ujawniają dwa reżimy:

Powód jest natury hydraulicznej: cząstki o średnicy poniżej 80 μm mają na tyle niską prędkość osiadania, że ​​przepływ w rurach w górę może je unieść, niezależnie od tego, jak dobrze zaprojektowany jest zbiornik. Powyżej 80 μm prędkość osiadania znacznie przewyższa prędkość wznoszenia i usuwanie staje się skuteczne. Próg 80 μm jest specyficzny dla geometrii tego zbiornika i warunków pracy (średnica rury 40 mm, nachylenie 60 stopni, prędkość na wlocie 0,1 m/s) -, ale zasada ta ma szerokie zastosowanie:każdy osadnik rurowy ma krytyczny rozmiar cząstek, poniżej którego usuwanie jest słabe, a wielkość ta jest określana przez prędkość w górę w rurach.

CO TO OZNACZA DLA TWOJEJ ROŚLINY

1. Dozowanie koagulanta ma wartość docelową i wynosi 80 µm.Celem koagulacji i flokulacji - wykraczającej poza neutralizację ładunku i tworzenie mostków dla cząstek - jest hodowanie kłaczków powyżej rozmiaru krytycznego, w którym osadnik rurowy może je wychwycić. Testowanie słoików powinno potwierdzić, że utworzone kłaczki przekraczają średnicę progową dla konkretnej geometrii zbiornika.

2. Jeśli ścieki są mętne, a wielkość kłaczków jest poniżej progu, przyczyną problemu nie są probówki, - problemem jest etap flokulacji.Dodanie większej liczby rur lub zmniejszenie prędkości w górę pomoże marginalnie. Jednak prawdziwe rozwiązanie leży na wyższym etapie: lepsza flokulacja w celu wytworzenia większych, gęstszych cząstek, które mogą wychwycić istniejące rurki.

3. Rozmiar krytyczny zależy od- konkretnego zbiornika.Symulacja ta wykazała 80 μm dla rurki o średnicy 40 mm pod kątem 60 stopni i prędkości wlotowej 0,1 m/s. Mniejsza średnica rurki, bardziej płaski kąt lub niższa prędkość w górę spowodowałyby przesunięcie progu w dół -, co oznaczałoby, że mniejsze cząstki mogłyby zostać usunięte. Dlatego geometria rury i obciążenie hydrauliczne to nie tylko parametry projektowe; bezpośrednio ustalają minimalną wielkość cząstek, jaką może obsłużyć osadnik.

4. Symulacja CFD jest praktycznym narzędziem projektowym, a nie ćwiczeniem akademickim.Zastosowana tutaj kombinacja modelu k-ε + mieszanina pozwala przewidzieć, dla dowolnej geometrii zbiornika i warunków pracy, krzywą wydajności usuwania wielkości cząstek. Przed budową lub modernizacją symulacja może odpowiedzieć na pytanie, na które empiryczne zasady projektowania nie mogą:czy ten zbiornik usunie cząsteczki z mojej surowej wody?