Velikost delcev v primerjavi z učinkovitostjo usedalnika z nagnjeno cevjo: CFD simulacija najde prag 80 μm

Veste, da cevni usedalnik odstranjuje suspendirane trdne snovi. Toda ali veste, katere velikosti dejansko odstrani - in katere velikosti zdrsnejo mimo ne glede na to, kako dobro je rezervoar zasnovan? Z uporabo CFD simulacije dejanskega števca 1000 m³/d-tokovnega nagnjenega cevnega usedalnika v provinci Anhui so raziskovalci modelirali obnašanje delcev iz30 do 120 μmv dejanskih pogojih delovanja. Rezultat je jasen prag: pod 80 μm je velikost delcev komaj pomembna za odstranitev. Nad 80 μm se učinkovitost poveča. Če vaš koagulant ne proizvaja kosmičev nad tem pragom, vaše nagnjene cevi ne delajo tistega, kar ste plačali.

ZAKAJ CFD - IN ZAKAJ TA REZERVOAR

Večina študij o nagnjenih cevnih usedalnikih se osredotoča na vzorce pretoka -, ki optimizirajo dimenzije rezervoarja, zmanjšajo mrtve cone in izravnajo porazdelitev hitrosti. Malo jih je zastavilo vprašanje, ki je najbolj pomembno za kakovost odplak:glede na specifično porazdelitev velikosti delcev, kaj se dejansko odstrani?Ker imajo delci različnih premerov različne hitrosti usedanja, porazdelitev velikosti delcev dotočnih suspendiranih trdnih snovi neposredno nadzoruje učinkovitost usedanja, ki jo lahko doseže rezervoar.

Za odgovor na to so raziskovalci uporabilistandardni turbulenčni model k-ε(za polje toka) skupaj zVečfazni model mešanice(za dvofazno obnašanje trdno–tekoče-) - kombinacija dobro-primerna za simulacijo turbulentnega toka-napolnjenega z delci znotraj delujočega cevnega usedalnika.

Preizkusni primer je bil resnični proti-tokovni usedalnik s poševnimi cevmi v vodovodu v provinci Anhui z naslednjimi konstrukcijskimi in delovnimi parametri:

REZULTAT 1: KJE SE KONCENTRIRAJO DELCI - IN ZAKAJ JE TO POMEMBNO

Simuliranih je bilo pet premerov delcev:30, 50, 80, 100 in 120 μm. Za vsakega je bila preučena navpična porazdelitev suspendiranih trdnih snovi z vrisovanjem povprečnega volumskega deleža na prečnih-prerezih na različnih višinah (slika 2).

Iz profilov koncentracije izhajajo trije vzorci:

1. Vse velikosti delcev sledijo istemu splošnemu trendu.Celotna oblika krivulje koncentracije-proti-višini je podobna ne glede na premer. Fizika posode - štiri-struktura območij, pot toka, vzorec turbulence - vsiljuje skupni profil koncentracije.

2. Na vstopu v cev (~1,5 m višine) se koncentracija pri večjih delcih močno poveča.To je prehodno območje, kjer tok vstopi v nagnjene cevi. Turbulenca in mešanje ustvarita območje z visoko-koncentracijo, ki spodbuja stik delcev in flokulacijo -, kar je pozitiven učinek za ločevanje trdnega in tekočega. Večji kot so delci, ki vstopajo v to območje, bolj izrazit je skok koncentracije.

3. Na dnu rezervoarja in prečnem prerezu-iztoka velikost delcev vpliva na rezultat.Blizu območja blata se povprečni prostorninski delež poveča z velikostjo delcev - večji delci se usedejo in kopičijo tam, kjer bi morali. V prečnem-prerezu iztoka povprečni volumski deležzmanjšako se velikost delcev poveča -, uide manj velikih delcev. Korelacija je nedvoumna:večji delci → več usedanja → čistejša odplaka.

REZULTAT 2: PRAG 80 μm

Učinkovitost odstranjevanja η je opredeljena kot:

kjer C_dovodje vstopna koncentracija SS (kg/m³) in C_vtičnicaje koncentracija SS v iztoku (kg/m³).

Slika 3 prikazuje razmerje med učinkovitostjo odstranjevanja in premerom delcev pri danih dotočnih pogojih (295 mg/L SS, gostota 1.050 kg/m³, viskoznost 0,02001 Pa·s). Krivulja ni linearna - ima izrazito koleno.

Podatki razkrivajo dva režima:

Razlog je hidravlični: delci, manjši od 80 μm, imajo dovolj nizko hitrost usedanja, da jih lahko pretok v ceveh prenese navzgor, ne glede na to, kako dobro je rezervoar zasnovan. Nad 80 μm hitrost usedanja prehiti hitrost navzgor za večji rob in odstranitev postane učinkovita. Prag 80 μm je specifičen za geometrijo in pogoje delovanja tega rezervoarja (premer cevi 40 mm, naklon 60 stopinj, vstopna hitrost 0,1 m/s) -, vendar načelo velja na splošno:vsak cevni usedalnik ima kritično velikost delcev, pod katero je odstranitev slaba, in to velikost določa hitrost navzgor v ceveh.

KAJ TO POMENI ZA VAŠO RASTLINO

1. Doziranje koagulanta ima cilj in je 80 μm.Namen koagulacije in flokulacije - poleg nevtralizacije naboja in premostitvenih delcev - je rast kosmičev nad kritično velikostjo, kjer jih lahko zajame cevni usedalnik. Testiranje v kozarcu mora potrditi, da vaše oblikovane kosmiče presegajo mejni premer za vašo specifično geometrijo rezervoarja.

2. Če je vaša odplaka motna in je velikost kosmičev pod pragom, težave niso cevi -, temveč stopnja flokulacije.Dodajanje več cevi ali zmanjšanje hitrosti navzgor bo le malo pomagalo. Toda pravi popravek je navzgor: boljša flokulacija za proizvodnjo večjih, gostejših delcev, ki jih lahko zajamejo obstoječe cevi.

3. Kritična velikost je odvisna-od rezervoarja.Ta simulacija je našla 80 μm za 40 mm cev pri 60 stopinjah z vstopno hitrostjo 0,1 m/s. Manjši premer cevi, bolj raven kot ali nižja hitrost navzgor bi premaknili prag navzdol -, kar pomeni, da postanejo manjši delci odstranljivi. Zato geometrija cevi in ​​hidravlična obremenitev nista samo konstrukcijska parametra; neposredno nastavijo najmanjšo velikost delcev, ki jih vaš usedalnik lahko prenese.

4. Simulacija CFD je praktično orodje za načrtovanje in ne akademska vaja.Kombinacija modela k-ε + mešanica, uporabljena tukaj, lahko za katero koli geometrijo rezervoarja in pogoje delovanja napove krivuljo učinkovitosti velikosti delcev pri odstranjevanju. Pred gradnjo ali naknadno opremljanjem lahko simulacija odgovori na vprašanje, ki ga empirična pravila načrtovanja ne morejo:ali bo ta rezervoar odstranil delce iz moje surove vode?