316Ti უჟანგავი ფოლადის დახვეული მილის PIV და CFD შესწავლა ბალიშის ფლოკულაციის ჰიდროდინამიკის დაბალი ბრუნვის სიჩქარით

გმადლობთ Nature.com-ის მონახულებისთვის.თქვენ იყენებთ ბრაუზერის ვერსიას შეზღუდული CSS მხარდაჭერით.საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში).გარდა ამისა, მუდმივი მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ ვაჩვენებთ საიტს სტილის და JavaScript-ის გარეშე.
Type 316Ti (UNS 31635) არის ტიტანის სტაბილიზირებული ასტენიტური ქრომი-ნიკელის უჟანგავი ფოლადი, რომელიც შეიცავს მოლიბდენს.ეს დანამატი ზრდის კოროზიის წინააღმდეგობას, აუმჯობესებს მდგრადობას ქლორიდის იონური ხსნარების მიმართ და უზრუნველყოფს გაზრდილ სიმტკიცეს ამაღლებულ ტემპერატურაზე.თვისებები მსგავსია 316 ტიპის, გარდა იმისა, რომ 316Ti მისი ტიტანის დამატების გამო შეიძლება გამოყენებულ იქნას სენსიბილიზაციის მომატებულ ტემპერატურაზე.გაუმჯობესებულია კოროზიის წინააღმდეგობა, განსაკუთრებით გოგირდის, ჰიდროქლორინის, ძმარმჟავას, ფორმულისა და ღვინის მჟავების, მჟავა სულფატების და ტუტე ქლორიდების მიმართ.

Ქიმიური შემადგენლობა:

თვისებები: ანეილირებული:
დაჭიმვის საბოლოო სიძლიერე: 75 KSI წთ (515 მპა წთ)
გამოსავლიანობა: (0.2% ოფსეტი) 30 KSI წთ (205 მპა წთ)
დრეკადობა: 40% წთ
სიმტკიცე: Rb 95 max

სლაიდერები, რომლებიც აჩვენებს სამ სტატიას თითო სლაიდზე.გამოიყენეთ უკანა და შემდეგი ღილაკები სლაიდებში გადასაადგილებლად, ან სლაიდის კონტროლერის ღილაკები ბოლოს თითოეულ სლაიდში გადასაადგილებლად.
ამ კვლევაში, ფლოკულაციის ჰიდროდინამიკა შეფასებულია ტურბულენტური ნაკადის სიჩქარის ველის ექსპერიმენტული და რიცხვითი გამოკვლევით ლაბორატორიული მასშტაბის პადლის ფლოკულატორში.ტურბულენტური ნაკადი, რომელიც ხელს უწყობს ნაწილაკების აგრეგაციას ან ფლოკების დაშლას, რთულია და განხილულია და შედარებულია ამ ნაშრომში ორი ტურბულენტური მოდელის გამოყენებით, კერძოდ, SST k-ω და IDDES.შედეგები აჩვენებს, რომ IDDES უზრუნველყოფს ძალიან მცირე გაუმჯობესებას SST k-ω-სთან შედარებით, რაც საკმარისია ნაკადის ფლოქულატორში ნაკადის ზუსტად სიმულაციისთვის.მორგების ქულა გამოიყენება PIV და CFD შედეგების კონვერგენციის გამოსაკვლევად და გამოყენებული CFD ტურბულენტობის მოდელის შედეგების შესადარებლად.კვლევა ასევე ფოკუსირებულია მოცურების k ფაქტორის რაოდენობრივ განსაზღვრაზე, რომელიც არის 0,18 დაბალი სიჩქარით 3 და 4 ბრ/წთ-ში, ჩვეულებრივ ტიპურ მნიშვნელობასთან 0,25-თან შედარებით.k-ის შემცირება 0,25-დან 0,18-მდე ზრდის სითხეში მიწოდებულ სიმძლავრეს დაახლოებით 27-30%-ით და ზრდის სიჩქარის გრადიენტს (G) დაახლოებით 14%-ით.ეს ნიშნავს, რომ მოსალოდნელზე მეტი აჟიოტაჟია უზრუნველყოფილი, შესაბამისად ნაკლები ენერგია იხარჯება და შესაბამისად ენერგიის მოხმარება სასმელი წყლის გამწმენდი ნაგებობის ფლოკულაციის განყოფილებაში შეიძლება იყოს უფრო დაბალი.
წყლის გაწმენდისას, კოაგულანტების დამატება ახდენს მცირე კოლოიდური ნაწილაკების და მინარევების დესტაბილიზაციას, რომლებიც შემდეგ აერთიანებენ ფლოკულაციის ფორმირებას ფლოკულაციის ეტაპზე.ფანტელები არის თავისუფლად შეკრული მასის ფრაქტალური აგრეგატები, რომლებიც შემდეგ იხსნება დაბინძურებით.ნაწილაკების თვისებები და სითხის შერევის პირობები განსაზღვრავს ფლოკულაციისა და დამუშავების პროცესის ეფექტურობას.ფლოკულაცია მოითხოვს ნელ აჟიოტაჟს შედარებით მოკლე დროში და დიდ ენერგიას წყლის დიდი მოცულობის აჟიტირებისთვის1.
ფლოკულაციის დროს, მთელი სისტემის ჰიდროდინამიკა და კოაგულანტ-ნაწილაკების ურთიერთქმედების ქიმია განსაზღვრავს სიჩქარეს, რომლითაც მიიღწევა ნაწილაკების ზომის სტაციონარული განაწილება2.ნაწილაკების შეჯახებისას ისინი ერთმანეთს ეწებება3.Oyegbile, Ay4 იტყობინება, რომ შეჯახება დამოკიდებულია ბრაუნის დიფუზიის ფლოკულაციის სატრანსპორტო მექანიზმებზე, სითხის ათვლასა და დიფერენციალურ დასახლებაზე.როდესაც ფანტელები ერთმანეთს ეჯახებიან, ისინი იზრდებიან და მიაღწევენ გარკვეულ ზომას, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს გატეხვა, ვინაიდან ფანტელები ვერ უძლებენ ჰიდროდინამიკური ძალების ძალას5.ამ გატეხილი ფანტელებიდან ზოგიერთი ხელახლა გაერთიანდება უფრო პატარა ან იგივე ზომის 6.თუმცა, ძლიერ ფანტელებს შეუძლიათ წინააღმდეგობა გაუწიონ ამ ძალას და შეინარჩუნონ ზომა და გაიზარდონ კიდეც7.იუკსელენმა და გრიგორი8-მა მოახსენეს კვლევები, რომლებიც დაკავშირებულია ფანტელების განადგურებასთან და მათ რეგენერაციის უნართან, რაც აჩვენა, რომ შეუქცევადობა შეზღუდულია.ბრიჯმენმა, ჯეფერსონმა9 გამოიყენა CFD საშუალო ნაკადის და ტურბულენტობის ადგილობრივი გავლენის შესაფასებლად ნალექის წარმოქმნასა და ფრაგმენტაციაზე ადგილობრივი სიჩქარის გრადიენტების მეშვეობით.როტორის პირებით აღჭურვილ ტანკებში აუცილებელია შეიცვალოს სიჩქარე, რომლითაც აგრეგატები ეჯახება სხვა ნაწილაკებს, როდესაც ისინი საკმარისად დესტაბილიზაციას განიცდიან კოაგულაციის ფაზაში.CFD-ის გამოყენებით და როტაციის დაბალი სიჩქარის გამოყენებით, დაახლოებით 15 ბრ/წთ-ში, Vadasarukkai-მ და Gagnon11-მა შეძლეს მიაღწიონ G მნიშვნელობას კონუსური ნაჭუჭის ფლოკულაციისთვის, რითაც შეამცირეს ენერგიის მოხმარება აგიტაციისთვის.თუმცა, უფრო მაღალ G მნიშვნელობებზე მუშაობამ შეიძლება გამოიწვიოს ფლოკულაცია.მათ გამოიკვლიეს შერევის სიჩქარის ეფექტი პილოტური ფლოკულატორის საშუალო სიჩქარის გრადიენტის განსაზღვრაზე.ისინი ბრუნავენ 5 rpm-ზე მეტი სიჩქარით.
Korpijärvi, Ahlstedt12 გამოიყენა ოთხი განსხვავებული ტურბულენტური მოდელი სატანკო ტესტის სკამზე ნაკადის ველის შესასწავლად.მათ გაზომეს დინების ველი ლაზერული დოპლერის ანემომეტრით და PIV და შეადარეს გამოთვლილი შედეგები გაზომილ შედეგებს.დე ოლივეირამ და დონადელმა13 შემოგვთავაზეს ალტერნატიული მეთოდი ჰიდროდინამიკური თვისებებიდან სიჩქარის გრადიენტების შესაფასებლად CFD-ის გამოყენებით.შემოთავაზებული მეთოდი გამოცდილი იყო ექვს ფლოკულაციის ერთეულზე, ხვეული გეომეტრიის საფუძველზე.შეაფასა შეკავების დროის ეფექტი ფლოკულანტებზე და შემოგვთავაზა ფლოკულაციის მოდელი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც უჯრედის რაციონალური დიზაინის მხარდასაჭერად დაბალი შეკავების დროით14.ჟანმა, You15-მა შემოგვთავაზა კომბინირებული CFD და პოპულაციის ბალანსის მოდელი ნაკადის მახასიათებლებისა და ფლოკების ქცევის სიმულაციისთვის სრული მასშტაბის ფლოკულაციაში.Llano-Serna, Coral-Portillo16 გამოიკვლია Cox-ის ტიპის ჰიდროფლოკულატორის ნაკადის მახასიათებლები წყლის გამწმენდ ქარხანაში ვიტერბოში, კოლუმბია.მიუხედავად იმისა, რომ CFD-ს აქვს თავისი უპირატესობები, ასევე არსებობს შეზღუდვები, როგორიცაა რიცხვითი შეცდომები გამოთვლებში.ამიტომ, მიღებული ნებისმიერი რიცხვითი შედეგი გულდასმით უნდა იქნას შესწავლილი და გაანალიზებული კრიტიკული დასკვნების გამოსატანად17.ლიტერატურაში რამდენიმე კვლევაა ჰორიზონტალური ბაფლის ფლოკულატორების დიზაინის შესახებ, ხოლო რეკომენდაციები ჰიდროდინამიკური ფლოკულატორების დიზაინის შესახებ შეზღუდულია18.ჩენმა, Liao19-მა გამოიყენა ექსპერიმენტული კონფიგურაცია, რომელიც დაფუძნებულია პოლარიზებული სინათლის გაფანტვაზე, რათა გაზომოს ცალკეული ნაწილაკებისგან გაფანტული სინათლის პოლარიზაციის მდგომარეობა.ფენგმა, Zhang20-მა გამოიყენა Ansys-Fluent მორევის დენების განაწილებისა და ბრუნვის ველში შედედებული ფირფიტის ფლოკულატორისა და გოფრირებული ფლოკულატორის ნაკადის ველში.ფლოკულატორში ტურბულენტური სითხის დინების სიმულაციის შემდეგ Ansys-Fluent-ის გამოყენებით, Gavi21-მა გამოიყენა შედეგები ფლოკულატორის შესაქმნელად.ვანელმა და თეიშეირამ22 განაცხადეს, რომ კავშირი სპირალური მილის ფლოკულატორების სითხის დინამიკასა და ფლოკულაციის პროცესს შორის ჯერ კიდევ ცუდად არის გასაგები რაციონალური დიზაინის მხარდასაჭერად.de Oliveira და Costa Teixeira23 შეისწავლეს ეფექტურობა და აჩვენეს სპირალური მილის ფლოკულატორის ჰიდროდინამიკური თვისებები ფიზიკის ექსპერიმენტებისა და CFD სიმულაციების საშუალებით.ბევრმა მკვლევარმა შეისწავლა დახვეული მილის რეაქტორები ან დახვეული მილის ფლოკულატორები.თუმცა, დეტალური ჰიდროდინამიკური ინფორმაცია ამ რეაქტორების რეაგირების შესახებ სხვადასხვა დიზაინსა და სამუშაო პირობებზე ჯერ კიდევ არ არის (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Oliveira და Teixeira26 წარმოადგენენ ორიგინალურ შედეგებს სპირალური ფლოკულატორის თეორიული, ექსპერიმენტული და CFD სიმულაციებიდან.Oliveira-მ და Teixeira-მ27-მა შესთავაზეს სპირალური ხვეულის გამოყენება, როგორც კოაგულაციური ფლოკულაციის რეაქტორი, ჩვეულებრივ დეკანტერ სისტემასთან ერთად.ისინი აცხადებენ, რომ სიმღვრივის მოცილების ეფექტურობისთვის მიღებული შედეგები მნიშვნელოვნად განსხვავდება ფლოკულაციის შესაფასებლად ხშირად გამოყენებული მოდელებისგან მიღებული შედეგებისგან, რაც გვთავაზობს სიფრთხილეს ასეთი მოდელების გამოყენებისას.მორუციმ და დე ოლივეირამ [28] მოდელირებდნენ უწყვეტი ფლოკულაციის კამერების სისტემის ქცევას სხვადასხვა ოპერაციულ პირობებში, მათ შორის გამოყენებული კამერების რაოდენობის ცვალებადობასა და უჯრედის ფიქსირებული ან მასშტაბური სიჩქარის გრადიენტების გამოყენებას.Romphophak, Le Men29 მყისიერი სიჩქარის PIV გაზომვები კვაზი-ორგანზომილებიან გამანადგურებელ საწმენდებში.მათ აღმოაჩინეს ძლიერი ჭავლით გამოწვეული ცირკულაცია ფლოკულაციის ზონაში და შეაფასეს ადგილობრივი და მყისიერი ათვლის სიჩქარე.
შაჰ, Joshi30 იტყობინება, რომ CFD გთავაზობთ საინტერესო ალტერნატივას დიზაინის გასაუმჯობესებლად და ვირტუალური ნაკადის მახასიათებლების მისაღებად.ეს დაგეხმარებათ თავიდან აიცილოთ ფართო ექსპერიმენტული პარამეტრები.CFD სულ უფრო ხშირად გამოიყენება წყლისა და ჩამდინარე წყლების გამწმენდი ნაგებობების გასაანალიზებლად (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).რამდენიმე მკვლევარმა ჩაატარა ექსპერიმენტი საცდელ მოწყობილობაზე (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) და პერფორირებული დისკის ფლოკულატორებზე31.სხვებმა გამოიყენეს CFD ჰიდროფლოკულატორების შესაფასებლად (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37).Ghawi21 იტყობინება, რომ მექანიკური ფლოკულატორები საჭიროებენ რეგულარულ მოვლას, რადგან ისინი ხშირად იშლება და საჭიროებენ დიდ ელექტროენერგიას.
ფლოკულატორის მუშაობა დიდად არის დამოკიდებული წყალსაცავის ჰიდროდინამიკაზე.ასეთ ფლოკულატორებში ნაკადის სიჩქარის ველების რაოდენობრივი გაგების ნაკლებობა ნათლად არის აღნიშნული ლიტერატურაში (Howe, Hand38; Hendricks39).მთელი წყლის მასა ექვემდებარება ფლოკულატორის იმპერატორის მოძრაობას, ამიტომ მოსალოდნელია ცურვა.როგორც წესი, სითხის სიჩქარე ნაკლებია დანის სიჩქარეზე სრიალის ფაქტორით k, რომელიც განისაზღვრება, როგორც წყლის სხეულის სიჩქარის თანაფარდობა ბორბლის სიჩქარესთან.Bhole40 იტყობინება, რომ ფლოკულატორის შექმნისას გასათვალისწინებელია სამი უცნობი ფაქტორი, კერძოდ, სიჩქარის გრადიენტი, წევის კოეფიციენტი და წყლის ფარდობითი სიჩქარე დანასთან შედარებით.
Camp41 იუწყება, რომ მაღალსიჩქარიანი მანქანების განხილვისას, სიჩქარე არის როტორის სიჩქარის დაახლოებით 24% და დაბალი სიჩქარის მანქანებისთვის 32%.სეპტების არარსებობის შემთხვევაში, დროსტმა და გერ42-მა გამოიყენეს ak მნიშვნელობა 0.25, ხოლო სეპტის შემთხვევაში k მერყეობდა 0-დან 0.15-მდე.ჰოუ, Hand38 ვარაუდობს, რომ k არის 0.2-დან 0.3-მდე დიაპაზონში.ჰენდრიქსმა39 დაუკავშირა სრიალის ფაქტორი ბრუნვის სიჩქარეს ემპირიული ფორმულის გამოყენებით და დაასკვნა, რომ სრიალის ფაქტორი ასევე იყო Camp41-ის მიერ დადგენილ დიაპაზონში.Bratby43 იტყობინება, რომ k არის დაახლოებით 0.2 იმპულსების სიჩქარისთვის 1.8-დან 5.4 rpm-მდე და იზრდება 0.35-მდე იმპულსების სიჩქარისთვის 0.9-დან 3 rpm-მდე.სხვა მკვლევარები აფიქსირებენ წევის კოეფიციენტის (Cd) მნიშვნელობების ფართო დიაპაზონს 1.0-დან 1.8-მდე და სრიალის კოეფიციენტის k მნიშვნელობებს 0.25-დან 0.40-მდე (Feir და Geyer44; Hyde and Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; და Bratbys48 და ).ლიტერატურა არ აჩვენებს მნიშვნელოვან პროგრესს k-ის განსაზღვრასა და რაოდენობრივ განსაზღვრაში Camp41-ის მუშაობის შემდეგ.
ფლოკულაციის პროცესი ეფუძნება ტურბულენტობას შეჯახების გასაადვილებლად, სადაც სიჩქარის გრადიენტი (G) გამოიყენება ტურბულენტობის/ფლოკულაციის გასაზომად.შერევა არის ქიმიკატების წყალში სწრაფად და თანაბრად დაშლის პროცესი.შერევის ხარისხი იზომება სიჩქარის გრადიენტით:
სადაც G = სიჩქარის გრადიენტი (წმ-1), P = სიმძლავრის შეყვანა (W), V = წყლის მოცულობა (m3), μ = დინამიური სიბლანტე (Pa s).
რაც უფრო მაღალია G მნიშვნელობა, მით უფრო შერეულია.საფუძვლიანი შერევა აუცილებელია ერთიანი კოაგულაციის უზრუნველსაყოფად.ლიტერატურა მიუთითებს, რომ დიზაინის ყველაზე მნიშვნელოვანი პარამეტრებია შერევის დრო (t) და სიჩქარის გრადიენტი (G).ფლოკულაციის პროცესი ეფუძნება ტურბულენტობას შეჯახების გასაადვილებლად, სადაც სიჩქარის გრადიენტი (G) გამოიყენება ტურბულენტობის/ფლოკულაციის გასაზომად.ტიპიური დიზაინის მნიშვნელობები G-სთვის არის 20-დან 70 s–1-მდე, t არის 15-დან 30 წუთამდე და Gt (განზომილებიანი) არის 104-დან 105-მდე. სწრაფი შერევის ტანკები საუკეთესოდ მუშაობს G მნიშვნელობებით 700-დან 1000-მდე, დროის ყოფნით. დაახლოებით 2 წუთი.
სადაც P არის სითხეს თითოეული ფლოკულატორის დანის მიერ გადაცემული სიმძლავრე, N არის ბრუნვის სიჩქარე, b არის დანის სიგრძე, ρ არის წყლის სიმკვრივე, r არის რადიუსი და k არის სრიალის კოეფიციენტი.ეს განტოლება გამოიყენება თითოეულ პირზე ინდივიდუალურად და შედეგები ჯამდება, რათა მივიღოთ ფლოკულატორის მთლიანი სიმძლავრე.ამ განტოლების გულდასმით შესწავლა გვიჩვენებს სრიალის ფაქტორის k-ს მნიშვნელობას ფლაკონის ფლოკულატორის დიზაინის პროცესში.ლიტერატურა არ ასახელებს k-ის ზუსტ მნიშვნელობას, სამაგიეროდ რეკომენდაციას უწევს დიაპაზონს, როგორც ადრე იყო ნათქვამი.თუმცა, P სიმძლავრისა და სრიალის კოეფიციენტს შორის კავშირი არის კუბური.ამრიგად, იმ პირობით, რომ ყველა პარამეტრი ერთნაირია, მაგალითად, k-ის შეცვლა 0.25-დან 0.3-მდე გამოიწვევს სითხეზე გადაცემული სიმძლავრის შემცირებას თითო დანაზე დაახლოებით 20% -ით, ხოლო k-დან 0.25-დან 0.18-მდე შემცირება გაზრდის მას.დაახლოებით 27-30% თითო ფანჯზე სითხეზე გადაცემული სიმძლავრე.საბოლოო ჯამში, k-ის ეფექტი მდგრადი ფლოკულატორის დიზაინზე უნდა იქნას გამოკვლეული ტექნიკური რაოდენობრივი განსაზღვრის გზით.
სრიალის ზუსტი ემპირიული რაოდენობრივი განსაზღვრა საჭიროებს ნაკადის ვიზუალიზაციას და სიმულაციას.აქედან გამომდინარე, მნიშვნელოვანია აღვწეროთ დანის ტანგენციალური სიჩქარე წყალში გარკვეული ბრუნვის სიჩქარით ლილვიდან სხვადასხვა რადიალურ მანძილზე და წყლის ზედაპირიდან სხვადასხვა სიღრმეზე, რათა შეფასდეს დანის სხვადასხვა პოზიციის ეფექტი.
ამ კვლევაში, ფლოკულაციის ჰიდროდინამიკა შეფასებულია ტურბულენტური ნაკადის სიჩქარის ველის ექსპერიმენტული და რიცხვითი გამოკვლევით ლაბორატორიული მასშტაბის პადლის ფლოკულატორში.PIV გაზომვები ჩაწერილია ფლოკულატორზე, რაც ქმნის დროის საშუალო სიჩქარის კონტურებს, რომლებიც აჩვენებს წყლის ნაწილაკების სიჩქარეს ფოთლების გარშემო.გარდა ამისა, ANSYS-Fluent CFD გამოიყენებოდა ფლოკულატორის შიგნით მორევის ნაკადის სიმულაციისთვის და დროის საშუალო სიჩქარის კონტურების შესაქმნელად.შედეგად მიღებული CFD მოდელი დადასტურდა PIV და CFD შედეგებს შორის შესაბამისობის შეფასებით.ამ სამუშაოს აქცენტი კეთდება სრიალის კოეფიციენტის k-ის რაოდენობრივ გაზომვაზე, რომელიც არის უგანზომილებიანი საპროექტო პარამეტრი ფლოკულატორის ფლოკულატორისთვის.აქ წარმოდგენილი ნამუშევარი იძლევა ახალ საფუძველს სრიალის კოეფიციენტის k რაოდენობრივად გასაზომად დაბალ სიჩქარეზე 3 rpm და 4 rpm.შედეგების შედეგები პირდაპირ უწყობს ხელს ფლოკულაციის ავზის ჰიდროდინამიკის უკეთ გააზრებას.
ლაბორატორიული ფლოკულატორი შედგება ღია სახურავის მართკუთხა ყუთისგან, რომლის საერთო სიმაღლეა 147 სმ, სიმაღლე 39 სმ, საერთო სიგანე 118 სმ და საერთო სიგრძე 138 სმ (ნახ. 1).Camp49-ის მიერ შემუშავებული ძირითადი საპროექტო კრიტერიუმები გამოყენებული იქნა ლაბორატორიული მასშტაბის პადლის ფლოკულატორის შესაქმნელად და განზომილებიანი ანალიზის პრინციპების გამოსაყენებლად.ექსპერიმენტული ობიექტი აშენდა ლიბანის ამერიკული უნივერსიტეტის გარემოსდაცვითი ინჟინერიის ლაბორატორიაში (ბიბლოსი, ლიბანი).
ჰორიზონტალური ღერძი მდებარეობს ქვემოდან 60 სმ სიმაღლეზე და იტევს ორ ბორბალს.თითოეული ბორბალი შედგება 4 პადლისაგან, რომელთაგან თითოეულს აქვს 3 ბალიშები, სულ 12 პადლი.ფლოკულაცია მოითხოვს რბილ აჟიოტაჟს დაბალი სიჩქარით 2-დან 6 rpm-მდე.ფლოკულატორებში შერევის ყველაზე გავრცელებული სიჩქარეა 3 rpm და 4 rpm.ლაბორატორიული მასშტაბის ფლოკულატორის ნაკადი შექმნილია სასმელი წყლის გამწმენდი ქარხნის ფლოკულაციის ავზის განყოფილებაში ნაკადის წარმოსაჩენად.სიმძლავრე გამოითვლება ტრადიციული განტოლების გამოყენებით 42 .ბრუნვის ორივე სიჩქარისთვის, სიჩქარის გრადიენტი \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) 10-ზე მეტია \({\text{sec}}^{-{1}}\) , რეინოლდსის რიცხვი მიუთითებს ტურბულენტურ ნაკადზე (ცხრილი 1).
PIV გამოიყენება სითხის სიჩქარის ვექტორების ზუსტი და რაოდენობრივი გაზომვების მისაღწევად, ერთდროულად წერტილების ძალიან დიდ რაოდენობაზე50.ექსპერიმენტული ინსტალაცია მოიცავდა ლაბორატორიული მასშტაბის პადლის ფლოკულატორს, LaVision PIV სისტემას (2017) და Arduino-ს გარე ლაზერული სენსორის ტრიგერს.დროის საშუალო სიჩქარის პროფილების შესაქმნელად, PIV გამოსახულებები თანმიმდევრულად იწერებოდა იმავე ადგილას.PIV სისტემა კალიბრირებულია ისე, რომ სამიზნე არე იყოს კონკრეტული ბალიშის მკლავის სამი დანის სიგრძის შუა წერტილში.გარე ტრიგერი შედგება ლაზერისგან, რომელიც მდებარეობს ფლოკულატორის სიგანის ერთ მხარეს და სენსორის მიმღებს მეორე მხარეს.ყოველ ჯერზე, როდესაც ფლოკულატორის მკლავი ბლოკავს ლაზერის გზას, სიგნალი ეგზავნება PIV სისტემას სურათის გადასაღებად PIV ლაზერით და კამერით სინქრონიზებული დროის პროგრამირებადი ერთეულით.ნახ.2 გვიჩვენებს PIV სისტემის ინსტალაციას და გამოსახულების მიღების პროცესს.
PIV-ის ჩაწერა დაიწყო მას შემდეგ, რაც ფლოკულატორი 5-10 წუთის განმავლობაში მუშაობდა დინების ნორმალიზებისთვის და იგივე რეფრაქციული ინდექსის ველის გასათვალისწინებლად.კალიბრაცია მიიღწევა ფლოკულატორში ჩაძირული კალიბრაციის ფირფიტის გამოყენებით და მოთავსებულია ინტერესის დანის სიგრძის შუა წერტილში.დაარეგულირეთ PIV ლაზერის პოზიცია, რათა ჩამოყალიბდეს ბრტყელი სინათლის ფურცელი პირდაპირ კალიბრაციის ფირფიტის ზემოთ.ჩაწერეთ გაზომილი მნიშვნელობები თითოეული დანის ბრუნვის სიჩქარისთვის და ექსპერიმენტისთვის არჩეული ბრუნვის სიჩქარეა 3 rpm და 4 rpm.
ყველა PIV ჩანაწერისთვის, დროის ინტერვალი ორ ლაზერულ პულსს შორის დაყენებული იყო 6900-დან 7700 μs-მდე დიაპაზონში, რაც საშუალებას აძლევდა მინიმალური ნაწილაკების გადაადგილებას 5 პიქსელით.საპილოტე ტესტები ჩატარდა სურათების რაოდენობაზე, რომელიც საჭირო იყო ზუსტი დროის საშუალო გაზომვების მისაღებად.ვექტორული სტატისტიკა შეადარეს ნიმუშებს, რომლებიც შეიცავს 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240 და 280 სურათს.აღმოჩნდა, რომ 240 სურათის ნიმუშის ზომა იძლევა სტაბილურ დროში საშუალო შედეგებს იმის გათვალისწინებით, რომ თითოეული სურათი შედგება ორი კადრისგან.
ვინაიდან ფლოკულატორში ნაკადი ტურბულენტულია, მცირე ტურბულენტური სტრუქტურების გადასაჭრელად საჭიროა დაკითხვის მცირე ფანჯარა და ნაწილაკების დიდი რაოდენობა.სიზუსტის უზრუნველსაყოფად გამოიყენება ზომის შემცირების რამდენიმე გამეორება ჯვარედინი კორელაციის ალგორითმთან ერთად.საწყისი კენჭისყრის ფანჯრის ზომა 48×48 პიქსელი 50% გადახურვით და ერთი ადაპტაციის პროცესი მოჰყვა საბოლოო კენჭისყრის ფანჯრის ზომა 32×32 პიქსელი 100% გადახურვით და ორი ადაპტაციის პროცესი.გარდა ამისა, მინის ღრუ სფეროები გამოიყენებოდა როგორც სათესლე ნაწილაკები ნაკადში, რაც საშუალებას აძლევდა მინიმუმ 10 ნაწილაკს თითო კენჭისყრის ფანჯარაში.PIV ჩაწერა ინიცირებულია ტრიგერის წყაროს მიერ პროგრამირებადი დროის ერთეულის (PTU) ფარგლებში, რომელიც პასუხისმგებელია ლაზერული წყაროსა და კამერის მუშაობასა და სინქრონიზაციაზე.
კომერციული CFD პაკეტი ANSYS Fluent v 19.1 გამოყენებული იქნა 3D მოდელის შესამუშავებლად და ძირითადი ნაკადის განტოლებების ამოსახსნელად.
ANSYS-Fluent-ის გამოყენებით შეიქმნა ლაბორატორიული მასშტაბის ფლოქულატორის 3D მოდელი.მოდელი დამზადებულია მართკუთხა ყუთის სახით, რომელიც შედგება ორი ბორბლისგან, რომლებიც დამონტაჟებულია ჰორიზონტალურ ღერძზე, ლაბორატორიული მოდელის მსგავსად.მოდელის დაფის გარეშე არის 108 სმ სიმაღლე, 118 სმ სიგანე და 138 სმ სიგრძე.მიქსერის გარშემო დამატებულია ჰორიზონტალური ცილინდრული სიბრტყე.ცილინდრული სიბრტყის გენერაციამ უნდა განახორციელოს მთელი მიქსერის როტაცია ინსტალაციის ფაზაში და მოახდინოს მბრუნავი ნაკადის ველის სიმულაცია ფლოკულატორის შიგნით, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 3a-ზე.
3D ANSYS - ფლუენტი და მოდელის გეომეტრიის დიაგრამა, ANSYS - ფლოკულატორის სხეულის ბადე ინტერესის სიბრტყეზე, ANSYS - ფლუენტის დიაგრამა ინტერესის სიბრტყეზე.
მოდელის გეომეტრია შედგება ორი რეგიონისგან, რომელთაგან თითოეული სითხეა.ეს მიიღწევა ლოგიკური გამოკლების ფუნქციის გამოყენებით.ჯერ გამოაკლეთ ცილინდრი (მათ შორის მიქსერი) ყუთს სითხის წარმოსადგენად.შემდეგ გამოვაკლოთ მიქსერი ცილინდრს, რის შედეგადაც მიიღება ორი ობიექტი: მიქსერი და სითხე.საბოლოოდ, მოცურების ინტერფეისი იქნა გამოყენებული ორ უბანს შორის: ცილინდრი-ცილინდრის ინტერფეისი და ცილინდრი-მიქსერის ინტერფეისი (ნახ. 3a).
აწყობილი მოდელების შეერთება დასრულდა ტურბულენტური მოდელების მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, რომლებიც გამოყენებული იქნება რიცხვითი სიმულაციების გასატარებლად.გამოყენებული იქნა არასტრუქტურირებული ბადე გაფართოებული ფენებით მყარ ზედაპირზე.შექმენით გაფართოების ფენები ყველა კედლისთვის 1.2 ზრდის ტემპით, რათა უზრუნველყოთ ნაკადის რთული ნიმუშების დაფიქსირება, პირველი ფენის სისქით \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) მ, რათა უზრუნველყოთ, რომ \ ( {\ ტექსტი {y))^{+}\le 1.0\).სხეულის ზომა რეგულირდება ტეტრაედრონული ფიტინგის მეთოდით.იქმნება ორი ინტერფეისის წინა მხარის ზომა, ელემენტის ზომით 2,5 × \({10}^{-3}\) მ და მიქსერის წინა ზომა 9 × \({10}^{-3}\ ) მ გამოიყენება.საწყისი გენერირებული ბადე შედგებოდა 2144409 ელემენტისაგან (ნახ. 3ბ).
საწყის საბაზო მოდელად არჩეული იყო ორი პარამეტრიანი k–ε ტურბულენტური მოდელი.ფლოკულატორის შიგნით მბრუნავი ნაკადის ზუსტად სიმულაციისთვის, არჩეულია გამოთვლით უფრო ძვირი მოდელი.ფლოკულატორის შიგნით ტურბულენტური მბრუნავი ნაკადი რიცხობრივად იქნა გამოკვლეული ორი CFD მოდელის გამოყენებით: SST k–ω51 და IDDES52.ორივე მოდელის შედეგები შეადარეს ექსპერიმენტულ PIV შედეგებს მოდელების დასადასტურებლად.პირველი, SST k-ω ტურბულენტობის მოდელი არის ორი განტოლების ტურბულენტური სიბლანტის მოდელი სითხის დინამიკის აპლიკაციებისთვის.ეს არის ჰიბრიდული მოდელი, რომელიც აერთიანებს Wilcox k-ω და k-ε მოდელებს.შერევის ფუნქცია ააქტიურებს უილკოქსის მოდელს კედელთან ახლოს და k-ε მოდელს შემომავალ ნაკადში.ეს უზრუნველყოფს სწორი მოდელის გამოყენებას ნაკადის ველში.ის ზუსტად პროგნოზირებს ნაკადის განცალკევებას არასასურველი წნევის გრადიენტების გამო.მეორეც, შეირჩა Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) მეთოდი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ინდივიდუალურ Eddy Simulation (DES) მოდელში SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) მოდელით.IDDES არის ჰიბრიდული RANS-LES (დიდი მორევის სიმულაცია) მოდელი, რომელიც უზრუნველყოფს უფრო მოქნილ და მოსახერხებელი გარჩევადობის სკალირების (SRS) სიმულაციის მოდელს.იგი დაფუძნებულია LES მოდელზე დიდი მორევების გადასაჭრელად და უბრუნდება SST k-ω მცირე მასშტაბის მორევების სიმულაციისთვის.SST k–ω და IDDES სიმულაციების შედეგების სტატისტიკური ანალიზი შედარებული იყო PIV შედეგებთან მოდელის დასადასტურებლად.
საწყის საბაზო მოდელად არჩეული იყო ორი პარამეტრიანი k–ε ტურბულენტური მოდელი.ფლოკულატორის შიგნით მბრუნავი ნაკადის ზუსტად სიმულაციისთვის, არჩეულია გამოთვლით უფრო ძვირი მოდელი.ფლოკულატორის შიგნით ტურბულენტური მბრუნავი ნაკადი რიცხობრივად იქნა გამოკვლეული ორი CFD მოდელის გამოყენებით: SST k–ω51 და IDDES52.ორივე მოდელის შედეგები შეადარეს ექსპერიმენტულ PIV შედეგებს მოდელების დასადასტურებლად.პირველი, SST k-ω ტურბულენტობის მოდელი არის ორი განტოლების ტურბულენტური სიბლანტის მოდელი სითხის დინამიკის აპლიკაციებისთვის.ეს არის ჰიბრიდული მოდელი, რომელიც აერთიანებს Wilcox k-ω და k-ε მოდელებს.შერევის ფუნქცია ააქტიურებს უილკოქსის მოდელს კედელთან ახლოს და k-ε მოდელს შემომავალ ნაკადში.ეს უზრუნველყოფს სწორი მოდელის გამოყენებას ნაკადის ველში.ის ზუსტად პროგნოზირებს ნაკადის განცალკევებას არასასურველი წნევის გრადიენტების გამო.მეორეც, შეირჩა Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) მეთოდი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ინდივიდუალურ Eddy Simulation (DES) მოდელში SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) მოდელით.IDDES არის ჰიბრიდული RANS-LES (დიდი მორევის სიმულაცია) მოდელი, რომელიც უზრუნველყოფს უფრო მოქნილ და მოსახერხებელი გარჩევადობის სკალირების (SRS) სიმულაციის მოდელს.იგი დაფუძნებულია LES მოდელზე დიდი მორევების გადასაჭრელად და უბრუნდება SST k-ω მცირე მასშტაბის მორევების სიმულაციისთვის.SST k–ω და IDDES სიმულაციების შედეგების სტატისტიკური ანალიზი შედარებული იყო PIV შედეგებთან მოდელის დასადასტურებლად.
გამოიყენეთ წნევაზე დაფუძნებული გარდამავალი გამხსნელი და გამოიყენეთ გრავიტაცია Y მიმართულებით.ბრუნვა მიიღწევა მიქსერისთვის ბადის მოძრაობის მინიჭებით, სადაც ბრუნვის ღერძის საწყისი ჰორიზონტალური ღერძის ცენტრშია და ბრუნვის ღერძის მიმართულება Z მიმართულებით.ბადის ინტერფეისი იქმნება ორივე მოდელის გეომეტრიული ინტერფეისისთვის, რის შედეგადაც მიიღწევა ყუთის ორი კიდე.როგორც ექსპერიმენტულ ტექნიკაში, ბრუნვის სიჩქარე შეესაბამება 3 და 4 ბრუნს.
მიქსერისა და ფლოკულატორის კედლების სასაზღვრო პირობები დაყენებული იყო კედლით, ხოლო ფლოკულატორის ზედა ღიობა დაყენებული იყო გასასვლელით ნულოვანი ლიანდაგის წნევით (ნახ. 3c).მარტივი წნევა-სიჩქარის საკომუნიკაციო სქემა, მეორე რიგის ფუნქციების გრადიენტური სივრცის დისკრეტიზაცია ყველა პარამეტრით, რომელიც დაფუძნებულია უმცირეს კვადრატების ელემენტებზე.ყველა ნაკადის ცვლადის კონვერგენციის კრიტერიუმი არის მასშტაბური ნარჩენი 1 x \({10}^{-3}\).გამეორებების მაქსიმალური რაოდენობა დროის საფეხურზე არის 20, ხოლო დროის ნაბიჯის ზომა შეესაბამება ბრუნვას 0,5°.ამონახსნი გადაიყრება მე-8 იტერაციაზე SST k–ω მოდელისთვის და მე-12 გამეორებაზე IDDES-ის გამოყენებით.გარდა ამისა, დროითი ნაბიჯების რაოდენობა გამოითვალა ისე, რომ მიქსერმა მინიმუმ 12 ბრუნი გააკეთა.გამოიყენეთ მონაცემების შერჩევა დროის სტატისტიკისთვის 3 ბრუნის შემდეგ, რაც საშუალებას იძლევა ნაკადის ნორმალიზება, ექსპერიმენტული პროცედურის მსგავსად.სიჩქარის მარყუჟების გამომუშავების შედარება თითოეული რევოლუციისთვის იძლევა ზუსტად იგივე შედეგებს ბოლო ოთხი რევოლუციისთვის, რაც მიუთითებს, რომ მიღწეულია სტაბილური მდგომარეობა.დამატებითმა ბრუნმა არ გააუმჯობესა საშუალო სიჩქარის კონტურები.
დროის ნაბიჯი განისაზღვრება ბრუნვის სიჩქარესთან მიმართებაში, 3 rpm ან 4 rpm.დროის საფეხური დახვეწილია მიქსერის 0,5°-ით როტაციისთვის საჭირო დრომდე.ეს საკმარისი აღმოჩნდება, რადგან გამოსავალი ადვილად ემთხვევა, როგორც ეს აღწერილია წინა ნაწილში.ამრიგად, ორივე ტურბულენტური მოდელის ყველა რიცხვითი გამოთვლა განხორციელდა შეცვლილი დროის საფეხურის გამოყენებით 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) 3 rpm-ისთვის, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-} {3}\) 4 rpm.მოცემული დახვეწის დროის საფეხურისთვის, უჯრედის კურანტის ნომერი ყოველთვის 1.0-ზე ნაკლებია.
მოდელი-ბადის დამოკიდებულების შესასწავლად, შედეგები პირველად იქნა მიღებული ორიგინალური 2.14M mesh-ის და შემდეგ დახვეწილი 2.88M mesh-ის გამოყენებით.ბადის დახვეწა მიიღწევა მიქსერის სხეულის უჯრედის ზომის 9 × \({10}^{-3}\) მ-დან 7 × \({10}^{-3}\) მ-მდე შემცირებით.ორი მოდელის ტურბულენტობის ორიგინალური და დახვეწილი ბადეებისთვის შედარებულია სიჩქარის მოდულების საშუალო მნიშვნელობები დანის გარშემო სხვადასხვა ადგილას.პროცენტული სხვაობა შედეგებს შორის არის 1.73% SST k–ω მოდელისთვის და 3.51% IDDES მოდელისთვის.IDDES აჩვენებს უფრო მაღალ პროცენტულ განსხვავებას, რადგან ეს არის ჰიბრიდული RANS-LES მოდელი.ეს განსხვავებები უმნიშვნელოდ იქნა მიჩნეული, ამიტომ სიმულაცია განხორციელდა ორიგინალური ბადის გამოყენებით 2.14 მილიონი ელემენტით და ბრუნვის დროის საფეხური 0.5°.
ექსპერიმენტული შედეგების განმეორებადობა შეისწავლეს ექვსი ექსპერიმენტიდან თითოეული მეორედ ჩატარებით და შედეგების შედარებით.შეადარეთ სიჩქარის მნიშვნელობები დანის ცენტრში ექსპერიმენტების ორ სერიაში.საშუალო პროცენტული სხვაობა ორ ექსპერიმენტულ ჯგუფს შორის იყო 3.1%.PIV სისტემა ასევე დამოუკიდებლად იქნა გადაკალიბრებული თითოეული ექსპერიმენტისთვის.შეადარეთ ანალიტიკურად გამოთვლილი სიჩქარე თითოეული დანის ცენტრში PIV სიჩქარეს იმავე ადგილას.ეს შედარება გვიჩვენებს განსხვავებას მაქსიმალური პროცენტული შეცდომით 6.5% დანა 1-ისთვის.
სრიალის ფაქტორის რაოდენობრივ დადგენამდე აუცილებელია მეცნიერულად გავიგოთ სრიალის ცნება ფლოქულატორში, რაც მოითხოვს ნაკადის სტრუქტურის შესწავლას ფლოკულატორის ბალიშების გარშემო.კონცეპტუალურად, სრიალის კოეფიციენტი ჩაშენებულია თაიგულის ფლოკულატორების დიზაინში, რათა გაითვალისწინოს პირების სიჩქარე წყალთან შედარებით.ლიტერატურა გვირჩევს, რომ ეს სიჩქარე იყოს დანის სიჩქარის 75%, ამიტომ დიზაინების უმეტესობა, როგორც წესი, იყენებს ak-ს 0.25-ს ამ კორექტირების გასათვალისწინებლად.ეს მოითხოვს PIV ექსპერიმენტებიდან მიღებული სიჩქარის ხაზების გამოყენებას ნაკადის სიჩქარის ველის სრულად გასაგებად და ამ სრიალის შესასწავლად.დანა 1 არის ყველაზე შიდა დანა, რომელიც ყველაზე ახლოს არის ლილვთან, დანა 3 არის ყველაზე გარე დანა, ხოლო დანა 2 არის შუა დანა.
დანის 1-ზე სიჩქარის ხაზები აჩვენებს პირდაპირ მბრუნავ ნაკადს დანის გარშემო.ნაკადის ეს ნიმუშები წარმოიქმნება დანის მარჯვენა მხარეს მდებარე წერტილიდან, როტორსა და დანას შორის.ნახატ 4a-ზე წითელი წერტილოვანი უჯრით მითითებულ უბანს დავაკვირდებით, საინტერესოა რეცირკულაციის ნაკადის კიდევ ერთი ასპექტის იდენტიფიცირება დანის ზემოთ და გარშემო.ნაკადის ვიზუალიზაცია აჩვენებს მცირე ნაკადს რეცირკულაციის ზონაში.ეს ნაკადი უახლოვდება დანის მარჯვენა მხრიდან დანის ბოლოდან დაახლოებით 6 სმ სიმაღლეზე, შესაძლოა, პირის წინა ხელის პირველი პირის გავლენის გამო, რაც ჩანს სურათზე.ნაკადის ვიზუალიზაცია 4 rpm-ზე აჩვენებს იგივე ქცევას და სტრუქტურას, როგორც ჩანს, უფრო მაღალი სიჩქარით.
სამი დანის სიჩქარის ველი და დენის გრაფიკები ორი ბრუნვის სიჩქარით 3 rpm და 4 rpm.სამი დანის მაქსიმალური საშუალო სიჩქარე 3 ბრ/წმ-ზე არის 0,15 მ/წმ, 0,20 მ/წმ და 0,16 მ/წმ შესაბამისად, ხოლო მაქსიმალური საშუალო სიჩქარე 4 ბრ/წმ-ზე არის 0,15 მ/წმ, 0,22 მ/წმ და 0,22 მ/წმ. s, შესაბამისად.სამ ფურცელზე.
სპირალური ნაკადის სხვა ფორმა აღმოჩნდა 1 და 2 ფრთებს შორის. ვექტორული ველი ნათლად გვიჩვენებს, რომ წყლის ნაკადი 2-ის ფსკერიდან მაღლა მოძრაობს, როგორც ამას ვექტორის მიმართულება მიუთითებს.როგორც 4ბ-ზე გამოსახული წერტილოვანი ველი, ეს ვექტორები არ მიდიან ვერტიკალურად ზევით დანის ზედაპირიდან, არამედ უხვევენ მარჯვნივ და თანდათან ეშვებიან.დანა 1-ის ზედაპირზე გამოიყოფა დაღმავალი ვექტორები, რომლებიც უახლოვდებიან ორივე პირს და აკრავს მათ შორის წარმოქმნილი რეცირკულაციის ნაკადიდან.ნაკადის იგივე სტრუქტურა განისაზღვრა ორივე ბრუნვის სიჩქარით, უფრო მაღალი სიჩქარის ამპლიტუდით 4 rpm.
მე-3 დანის სიჩქარის ველს არ აქვს მნიშვნელოვანი წვლილი წინა დანის სიჩქარის ვექტორისგან, რომელიც უერთდება ნაკადს დანის 3-ის ქვემოთ. ძირითადი ნაკადი 3-ის ქვეშ განპირობებულია ვერტიკალური სიჩქარის ვექტორით, რომელიც იზრდება წყალთან ერთად.
სიჩქარის ვექტორები დანა 3-ის ზედაპირზე შეიძლება დაიყოს სამ ჯგუფად, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 4c.პირველი კომპლექტი არის ნაკრები დანის მარჯვენა კიდეზე.ნაკადის სტრუქტურა ამ პოზიციაში არის პირდაპირ მარჯვნივ და ზემოთ (ანუ 2-ის დანისკენ).მეორე ჯგუფი არის დანის შუა ნაწილი.ამ პოზიციის სიჩქარის ვექტორი მიმართულია პირდაპირ ზემოთ, ყოველგვარი გადახრისა და ბრუნვის გარეშე.სიჩქარის მნიშვნელობის შემცირება განისაზღვრა დანის ბოლოზე სიმაღლის ზრდით.მესამე ჯგუფისთვის, რომელიც მდებარეობს პირების მარცხენა პერიფერიაზე, ნაკადი დაუყოვნებლივ მიმართულია მარცხნივ, ანუ ფლოკულატორის კედელზე.სიჩქარის ვექტორით წარმოდგენილი ნაკადის უმეტესი ნაწილი მაღლა მიდის, ნაწილი კი ჰორიზონტალურად ქვემოთ.
ორი ტურბულენტური მოდელი, SST k–ω და IDDES, გამოყენებული იქნა საშუალო სიჩქარის პროფილების ასაგებად 3 rpm და 4 rpm დანის საშუალო სიგრძის სიბრტყეში.როგორც მე-5 სურათზეა ნაჩვენები, სტაბილური მდგომარეობა მიიღწევა აბსოლუტური მსგავსების მიღწევით სიჩქარის კონტურებს შორის, რომლებიც შექმნილია ოთხი თანმიმდევრული ბრუნვით.გარდა ამისა, IDDES-ის მიერ გენერირებული დროის საშუალო სიჩქარის კონტურები ნაჩვენებია ნახატ 6a-ში, ხოლო SST k – ω-ს მიერ გენერირებული დროის საშუალო სიჩქარის პროფილები ნაჩვენებია ნახაზზე 6a.6ბ.
IDDES და SST k–ω მიერ გენერირებული დროში საშუალო სიჩქარის მარყუჟების გამოყენებით, IDDES-ს აქვს სიჩქარის მარყუჟების უფრო მაღალი პროპორცია.
ყურადღებით შეისწავლეთ IDDES-ით შექმნილი სიჩქარის პროფილი 3 rpm-ზე, როგორც ნაჩვენებია 7-ში. მიქსერი ბრუნავს საათის ისრის მიმართულებით და ნაკადი განიხილება ნაჩვენები შენიშვნების მიხედვით.
ნახ.7 ჩანს, რომ I კვადრატში დანის 3 ზედაპირზე არის ნაკადის გამოყოფა, რადგან ნაკადი არ არის შეზღუდული ზედა ხვრელის არსებობის გამო.II კვადრატში ნაკადის გამიჯვნა არ შეინიშნება, ვინაიდან ნაკადი მთლიანად შემოიფარგლება ფლოკულატორის კედლებით.III კვადრატში წყალი ბრუნავს ბევრად უფრო დაბალი ან დაბალი სიჩქარით, ვიდრე წინა კვადრატებში.I და II კვადრატებში წყალი მიქსერის მოქმედებით მოძრაობს (ანუ ბრუნავს ან გამოდის გარეთ).ხოლო III კვადრატში წყალი ამოიძვრება აგიტატორის პირებით.აშკარაა, რომ ამ ადგილას წყლის მასა ეწინააღმდეგება მოახლოებულ ფლოკულატორის ყდის.მბრუნავი ნაკადი ამ კვადრატში მთლიანად გამოყოფილია.IV კვადრატისთვის ჰაერის ნაკადის უმეტესი ნაწილი 3-ის ზემოთ არის მიმართული ფლოკულატორის კედლისკენ და თანდათან კარგავს ზომას, როდესაც სიმაღლე იზრდება ზედა გახსნამდე.
გარდა ამისა, ცენტრალური მდებარეობა მოიცავს ნაკადის კომპლექსურ ნიმუშებს, რომლებიც დომინირებენ III და IV კვადრატებში, როგორც ნაჩვენებია ლურჯი წერტილოვანი ელიფსებით.ამ მონიშნულ უბანს საერთო არაფერი აქვს ბორცვის ფლოკულატორში მობრუნებულ ნაკადთან, რადგან მორევის მოძრაობის იდენტიფიცირება შესაძლებელია.ეს განსხვავდება I და II კვადრატებისგან, სადაც არის მკაფიო გამიჯვნა შიდა ნაკადსა და სრულ ბრუნვის ნაკადს შორის.
როგორც ნაჩვენებია ნახ.6, IDDES-ისა და SST k-ω შედეგების შედარებისას, სიჩქარის კონტურებს შორის მთავარი განსხვავება არის სიჩქარის სიდიდე 3-ის დანის ქვემოთ. SST k-ω მოდელი ნათლად აჩვენებს, რომ გაფართოებული მაღალი სიჩქარის ნაკადი ატარებს დანა 3 IDDES-თან შედარებით.
კიდევ ერთი განსხვავება გვხვდება III კვადრატში.IDDES-დან, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, აღინიშნა ბრუნვითი ნაკადის გამოყოფა ფლოკულატორის მკლავებს შორის.თუმცა, ამ პოზიციაზე ძლიერ გავლენას ახდენს დაბალი სიჩქარის ნაკადი კუთხეებიდან და პირველი დანის ინტერიერიდან.SST k–ω-დან იმავე მდებარეობისთვის, კონტურის ხაზები აჩვენებენ შედარებით მაღალ სიჩქარეებს IDDES-თან შედარებით, რადგან არ არის შერწყმული ნაკადი სხვა რეგიონებიდან.
სიჩქარის ვექტორული ველებისა და ნაკადების ხარისხობრივი გაგება საჭიროა დინების ქცევისა და სტრუქტურის სწორად გასაგებად.იმის გათვალისწინებით, რომ თითოეული დანის სიგანე 5 სმ-ია, შვიდი სიჩქარის წერტილი არჩეული იქნა სიგანეზე, რათა უზრუნველყოს წარმომადგენლობითი სიჩქარის პროფილი.გარდა ამისა, სიჩქარის სიდიდის რაოდენობრივი გაგება, როგორც სიმაღლის ფუნქცია დანის ზედაპირის ზემოთ, საჭიროა სიჩქარის პროფილის პირდაპირ თითოეულ დანის ზედაპირზე და 2,5 სმ უწყვეტ მანძილზე ვერტიკალურად 10 სმ სიმაღლემდე.დამატებითი ინფორმაციისთვის იხილეთ S1, S2 და S3 ფიგურაში.დანართი A. სურათი 8 გვიჩვენებს თითოეული დანის ზედაპირის სიჩქარის განაწილების მსგავსებას (Y = 0.0), მიღებული PIV ექსპერიმენტებისა და ANSYS-Fluent ანალიზის გამოყენებით IDDES და SST k-ω გამოყენებით.ორივე რიცხვითი მოდელი შესაძლებელს ხდის ნაკადის სტრუქტურის ზუსტად სიმულაციას ფლოკულატორის პირების ზედაპირზე.
სიჩქარის განაწილება PIV, IDDES და SST k–ω დანის ზედაპირზე.x-ღერძი წარმოადგენს თითოეული ფურცლის სიგანეს მილიმეტრებში, საწყისი (0 მმ) წარმოადგენს ფურცლის მარცხენა პერიფერიას და ბოლო (50 მმ) წარმოადგენს ფურცლის მარჯვენა პერიფერიას.
ნათლად ჩანს, რომ 2 და 3 პირების სიჩქარის განაწილება ნაჩვენებია სურ.8 და სურ.8.S2 და S3 დანართში A აჩვენებს მსგავს ტენდენციებს სიმაღლესთან დაკავშირებით, ხოლო დანა 1 დამოუკიდებლად იცვლება.2 და 3 პირების სიჩქარის პროფილები ხდება იდეალურად სწორი და აქვთ იგივე ამპლიტუდა 10 სმ სიმაღლეზე დანის ბოლოდან.ეს ნიშნავს, რომ ნაკადი ხდება ერთგვაროვანი ამ ეტაპზე.ეს აშკარად ჩანს PIV-ის შედეგებიდან, რომლებიც კარგად არის რეპროდუცირებული IDDES-ის მიერ.იმავდროულად, SST k–ω შედეგები აჩვენებს გარკვეულ განსხვავებებს, განსაკუთრებით 4 rpm-ზე.
მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ დანა 1 ინარჩუნებს სიჩქარის პროფილის ერთსა და იმავე ფორმას ყველა პოზიციაზე და არ არის ნორმალიზებული სიმაღლეში, რადგან მიქსერის ცენტრში წარმოქმნილი მორევა შეიცავს ყველა მკლავის პირველ პირს.ასევე, IDDES-თან შედარებით, PIV დანის სიჩქარის პროფილები 2 და 3 აჩვენებდნენ ოდნავ უფრო მაღალ სიჩქარის მნიშვნელობებს უმეტეს ადგილას, სანამ ისინი თითქმის თანაბარი არ იყვნენ დანის ზედაპირიდან 10 სმ სიმაღლეზე.