316Ti स्टेनलेस स्टील कॉइल्ड ट्यूब PIV आणि CFD कमी रोटेशन वेगाने पॅडल फ्लोक्युलेशनच्या हायड्रोडायनॅमिक्सचा अभ्यास

Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद.तुम्ही मर्यादित CSS समर्थनासह ब्राउझर आवृत्ती वापरत आहात.सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड अक्षम करा).याव्यतिरिक्त, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही शैली आणि JavaScript शिवाय साइट दर्शवतो.
टाईप 316Ti(UNS 31635) हे टायटॅनियम स्टॅबिलाइज्ड ऑस्टेनिटिक क्रोमियम-निकेल स्टेनलेस स्टील आहे ज्यामध्ये मोलिब्डेनम आहे.हे जोडणे गंज प्रतिरोधक क्षमता वाढवते, क्लोराईड आयन सोल्यूशन्स पिटिंग करण्यासाठी प्रतिकार सुधारते आणि भारदस्त तापमानात वाढीव शक्ती प्रदान करते.गुणधर्म 316 च्या प्रकाराप्रमाणेच आहेत, शिवाय 316Ti त्याच्या टायटॅनियम जोडल्यामुळे एलिव्हेटेड सेन्सिटायझेशन तापमानात वापरले जाऊ शकते.विशेषत: सल्फ्यूरिक, हायड्रोक्लोरिक, एसिटिक, फॉर्मिक आणि टार्टेरिक ऍसिडस्, ऍसिड सल्फेट्स आणि क्षारीय क्लोराईड्स विरुद्ध गंज प्रतिकार सुधारला जातो.

रासायनिक रचना:

गुणधर्म: annealed:
अंतिम तन्य शक्ती: 75 KSI मिनिट (515 MPa मिनिट)
उत्पन्न सामर्थ्य: (0.2% ऑफसेट) 30 KSI मिनिट (205 MPa मिनिट)
वाढवणे: 40% मि
कडकपणा: Rb 95 कमाल

प्रति स्लाइड तीन लेख दर्शवणारे स्लाइडर.स्लाइड्समधून जाण्यासाठी मागील आणि पुढील बटणे वापरा किंवा प्रत्येक स्लाइडमधून जाण्यासाठी शेवटी स्लाइड कंट्रोलर बटणे वापरा.
या अभ्यासात, प्रयोगशाळेच्या स्केल पॅडल फ्लोक्युलेटरमधील अशांत प्रवाह वेग क्षेत्राच्या प्रायोगिक आणि संख्यात्मक तपासणीद्वारे फ्लोक्युलेशनच्या हायड्रोडायनामिक्सचे मूल्यमापन केले जाते.कण एकत्रीकरण किंवा फ्लॉक ब्रेकअपला प्रोत्साहन देणारा अशांत प्रवाह जटिल आहे आणि या पेपरमध्ये SST k-ω आणि IDDES या दोन अशांत मॉडेल्सचा वापर करून विचार केला आणि तुलना केली आहे.परिणाम दर्शविते की IDDES SST k-ω पेक्षा खूपच कमी सुधारणा प्रदान करते, जे पॅडल फ्लोक्युलेटरमध्ये प्रवाहाचे अचूक अनुकरण करण्यासाठी पुरेसे आहे.फिट स्कोअरचा वापर PIV आणि CFD परिणामांच्या अभिसरणाची तपासणी करण्यासाठी आणि वापरलेल्या CFD टर्ब्युलेन्स मॉडेलच्या परिणामांची तुलना करण्यासाठी केला जातो.अभ्यास स्लिप फॅक्टर k चे प्रमाण निश्चित करण्यावर देखील लक्ष केंद्रित करते, जे 0.25 च्या नेहमीच्या ठराविक मूल्याच्या तुलनेत 3 आणि 4 rpm च्या कमी वेगाने 0.18 आहे.k 0.25 ते 0.18 पर्यंत कमी केल्याने द्रवपदार्थाला दिलेली शक्ती सुमारे 27-30% वाढते आणि वेग ग्रेडियंट (G) सुमारे 14% वाढते.याचा अर्थ असा आहे की अपेक्षेपेक्षा जास्त आंदोलन दिले जाते, म्हणून कमी ऊर्जा वापरली जाते आणि म्हणून पेयजल शुद्धीकरण केंद्राच्या फ्लोक्युलेशन युनिटमध्ये उर्जेचा वापर कमी असू शकतो.
जल शुध्दीकरणामध्ये, कोयगुलंट्स जोडल्याने लहान कोलाइडल कण आणि अशुद्धता अस्थिर होतात, जे नंतर फ्लोक्युलेशन स्टेजवर फ्लोक्युलेशन तयार करण्यासाठी एकत्र होतात.फ्लेक्स द्रव्यमानाचे सैलपणे बांधलेले फ्रॅक्टल समुच्चय असतात, जे नंतर सेटलिंग करून काढले जातात.कण गुणधर्म आणि द्रव मिश्रण परिस्थिती flocculation आणि उपचार प्रक्रियेची कार्यक्षमता निर्धारित करतात.फ्लोक्युलेशनला तुलनेने कमी कालावधीसाठी मंद गतीची आणि मोठ्या प्रमाणात पाण्याचे आंदोलन करण्यासाठी भरपूर ऊर्जा आवश्यक असते.
फ्लोक्युलेशन दरम्यान, संपूर्ण प्रणालीचे हायड्रोडायनामिक्स आणि कोगुलंट-कण परस्परसंवादाचे रसायनशास्त्र स्थिर कण आकार वितरणाचा दर निर्धारित करते.जेव्हा कण आदळतात तेव्हा ते एकमेकांना चिकटतात.Oyegbile, Ay4 ने नोंदवले की टक्कर ब्राउनियन डिफ्यूजन, फ्लुइड शीअर आणि डिफरेंशियल सेटलिंगच्या फ्लोक्युलेशन वाहतूक यंत्रणेवर अवलंबून असते.जेव्हा फ्लेक्स आदळतात, तेव्हा ते वाढतात आणि एका विशिष्ट आकाराच्या मर्यादेपर्यंत पोहोचतात, ज्यामुळे तुटणे होऊ शकते, कारण फ्लेक्स हायड्रोडायनामिक फोर्सच्या बळाचा सामना करू शकत नाहीत5.यापैकी काही तुटलेले फ्लेक्स पुन्हा लहान किंवा समान आकारात एकत्र होतात6.तथापि, मजबूत फ्लेक्स या शक्तीचा प्रतिकार करू शकतात आणि त्यांचा आकार राखू शकतात आणि वाढू शकतात.युकसेलेन आणि ग्रेगरी8 यांनी फ्लेक्सचा नाश आणि त्यांची पुनरुत्पादन करण्याची क्षमता यांच्याशी संबंधित अभ्यासांवर अहवाल दिला, हे दर्शविते की अपरिवर्तनीयता मर्यादित आहे.ब्रिजमन, जेफरसन9 यांनी स्थानिक वेग ग्रेडियंट्सद्वारे फ्लोक निर्मिती आणि विखंडन यावर सरासरी प्रवाह आणि अशांततेच्या स्थानिक प्रभावाचा अंदाज घेण्यासाठी CFD चा वापर केला.रोटर ब्लेड्सने सुसज्ज असलेल्या टाक्यांमध्ये, कोग्युलेशन टप्प्यात ते पुरेसे अस्थिर असताना एकत्रित इतर कणांशी टक्कर होण्याची गती बदलणे आवश्यक आहे.CFD वापरून आणि सुमारे 15 rpm च्या कमी रोटेशन गतीचा वापर करून, Vadasarukkai आणि Gagnon11 शंकूच्या आकाराचे पॅडल फ्लोक्युलेशनसाठी G मूल्य प्राप्त करू शकले, ज्यामुळे आंदोलनासाठी विजेचा वापर कमी केला.तथापि, उच्च जी मूल्यांवर ऑपरेशन केल्याने फ्लॉक्युलेशन होऊ शकते.त्यांनी पायलट पॅडल फ्लोक्युलेटरचा सरासरी वेग ग्रेडियंट ठरवण्यावर मिक्सिंग गतीचा प्रभाव तपासला.ते 5 rpm पेक्षा जास्त वेगाने फिरतात.
Korpijärvi, Ahlstedt12 ने टँक टेस्ट बेंचवर फ्लो फील्डचा अभ्यास करण्यासाठी चार वेगवेगळ्या टर्ब्युलेन्स मॉडेल्सचा वापर केला.त्यांनी लेसर डॉपलर अॅनिमोमीटर आणि पीआयव्हीसह प्रवाह क्षेत्र मोजले आणि मोजलेल्या परिणामांसह गणना केलेल्या परिणामांची तुलना केली.de Oliveira आणि Donadel13 यांनी CFD वापरून हायड्रोडायनामिक गुणधर्मांवरून वेग ग्रेडियंटचा अंदाज लावण्यासाठी पर्यायी पद्धत प्रस्तावित केली आहे.प्रस्तावित पद्धतीची हेलिकल भूमितीवर आधारित सहा फ्लोक्युलेशन युनिट्सवर चाचणी घेण्यात आली.flocculants वर धारणा वेळ परिणाम मूल्यांकन आणि एक flocculation मॉडेल प्रस्तावित जे कमी प्रतिधारण वेळा 14 सह तर्कसंगत सेल डिझाइन समर्थन एक साधन म्हणून वापरले जाऊ शकते.Zhan, You15 ने फुल स्केल फ्लोक्युलेशनमध्ये प्रवाह वैशिष्ट्ये आणि floc वर्तन यांचे अनुकरण करण्यासाठी एकत्रित CFD आणि लोकसंख्या संतुलन मॉडेल प्रस्तावित केले.Llano-Serna, Coral-Portillo16 ने कोलंबियातील विटर्बो येथील जलशुद्धीकरण केंद्रात कॉक्स-प्रकारच्या हायड्रोफ्लोक्युलेटरच्या प्रवाह वैशिष्ट्यांची तपासणी केली.जरी CFD चे फायदे आहेत, गणनेतील संख्यात्मक त्रुटींसारख्या मर्यादा देखील आहेत.म्हणून, गंभीर निष्कर्ष काढण्यासाठी प्राप्त झालेले कोणतेही संख्यात्मक परिणाम काळजीपूर्वक तपासले पाहिजेत आणि त्याचे विश्लेषण केले पाहिजे17.क्षैतिज बॅफल फ्लोक्युलेटरच्या डिझाइनवरील साहित्यात काही अभ्यास आहेत, तर हायड्रोडायनामिक फ्लोक्युलेटरच्या डिझाइनसाठी शिफारसी मर्यादित आहेत18.चेन, Liao19 ने वैयक्तिक कणांमधून विखुरलेल्या प्रकाशाच्या ध्रुवीकरणाची स्थिती मोजण्यासाठी ध्रुवीकृत प्रकाशाच्या विखुरण्यावर आधारित प्रायोगिक सेटअप वापरला.फेंग, झांग20 यांनी एडी प्रवाहांच्या वितरणाचे अनुकरण करण्यासाठी आणि कोग्युलेटेड प्लेट फ्लोक्युलेटर आणि इंटर-कोरुगेटेड फ्लोक्युलेटरच्या प्रवाहाच्या क्षेत्रात फिरण्यासाठी अँसिस-फ्लुएंटचा वापर केला.Ansys-Fluent वापरून फ्लोक्युलेटरमध्ये अशांत द्रव प्रवाहाचे अनुकरण केल्यानंतर, Gavi21 ने फ्लोक्युलेटर डिझाइन करण्यासाठी परिणामांचा वापर केला.Vaneli आणि Teixeira22 ने अहवाल दिला की सर्पिल ट्यूब फ्लोक्युलेटरच्या द्रव गतिशीलता आणि फ्लोक्युलेशन प्रक्रिया यांच्यातील संबंध तर्कसंगत डिझाइनला समर्थन देण्यासाठी अद्याप खराब समजले गेले आहेत.de Oliveira आणि Costa Teixeira23 यांनी कार्यक्षमतेचा अभ्यास केला आणि भौतिकशास्त्र प्रयोग आणि CFD सिम्युलेशनद्वारे सर्पिल ट्यूब फ्लोक्युलेटरच्या हायड्रोडायनामिक गुणधर्मांचे प्रात्यक्षिक केले.अनेक संशोधकांनी कॉइल्ड ट्यूब रिअॅक्टर्स किंवा कॉइल्ड ट्यूब फ्लोक्युलेटरचा अभ्यास केला आहे.तथापि, या अणुभट्ट्यांच्या विविध डिझाईन्स आणि ऑपरेटिंग परिस्थितींवरील प्रतिसादाबद्दल तपशीलवार हायड्रोडायनामिक माहिती अद्याप उपलब्ध नाही (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).ऑलिवेरा आणि टेक्सेरा26 सर्पिल फ्लोक्युलेटरच्या सैद्धांतिक, प्रायोगिक आणि CFD सिम्युलेशनमधून मूळ परिणाम सादर करतात.ऑलिव्हेरा आणि टेक्सेरा27 यांनी सर्पिल कॉइलचा वापर कॉग्युलेशन-फ्लोक्युलेशन अणुभट्टी म्हणून पारंपारिक डिकेंटर प्रणालीच्या संयोजनात करण्याचा प्रस्ताव दिला.ते नोंदवतात की टर्बिडिटी काढून टाकण्याच्या कार्यक्षमतेसाठी प्राप्त केलेले परिणाम फ्लोक्युलेशनचे मूल्यमापन करण्यासाठी सामान्यतः वापरल्या जाणार्‍या मॉडेल्सच्या तुलनेत लक्षणीय भिन्न आहेत, अशा मॉडेल्सचा वापर करताना सावधगिरीचा सल्ला देतात.मोरुझी आणि डी ऑलिव्हेरा [२८] यांनी वापरलेल्या चेंबर्सच्या संख्येतील फरक आणि निश्चित किंवा स्केल केलेल्या सेल वेग ग्रेडियंटचा वापर यासह विविध ऑपरेटिंग परिस्थितींमध्ये सतत फ्लोक्युलेशन चेंबर्सच्या प्रणालीचे वर्तन तयार केले.Romphophak, Le Men29 अर्ध-द्वि-आयामी जेट क्लीनरमध्ये तात्काळ वेगाचे PIV मोजमाप.त्यांना फ्लॉक्युलेशन झोनमध्ये मजबूत जेट-प्रेरित अभिसरण आणि अंदाजे स्थानिक आणि तात्काळ कातरणे दर आढळले.
शाह, जोशी३० यांनी अहवाल दिला की CFD डिझाइन सुधारण्यासाठी आणि आभासी प्रवाह वैशिष्ट्ये प्राप्त करण्यासाठी एक मनोरंजक पर्याय ऑफर करते.हे विस्तृत प्रायोगिक सेटअप टाळण्यास मदत करते.पाणी आणि सांडपाणी प्रक्रिया वनस्पतींचे विश्लेषण करण्यासाठी CFD वाढत्या प्रमाणात वापरला जात आहे (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).अनेक अन्वेषकांनी चाचणी उपकरणे (ब्रिजमन, जेफरसन36; ब्रिजमन, जेफरसन5; जार्विस, जेफरसन6; वांग, वू34) आणि छिद्रित डिस्क फ्लोक्युलेटर 31 वर प्रयोग केले आहेत.इतरांनी हायड्रोफ्लोक्युलेटरचे मूल्यांकन करण्यासाठी CFD चा वापर केला आहे (ब्रिजमन, जेफरसन5; वडसारुक्काई, गगनॉन37).घावी21 ने नोंदवले की यांत्रिक फ्लोक्युलेटरना नियमित देखभालीची आवश्यकता असते कारण ते अनेकदा तुटतात आणि त्यांना भरपूर वीज लागते.
पॅडल फ्लोक्युलेटरची कार्यक्षमता जलाशयाच्या हायड्रोडायनामिक्सवर अवलंबून असते.अशा flocculators मध्ये प्रवाह वेग फील्ड परिमाणात्मक समज अभाव साहित्यात स्पष्टपणे नोंद आहे (How, Hand38; Hendricks39).संपूर्ण पाण्याचे वस्तुमान फ्लोक्युलेटर इंपेलरच्या हालचालींच्या अधीन आहे, त्यामुळे घसरणे अपेक्षित आहे.सामान्यतः, स्लिप फॅक्टर k द्वारे द्रव वेग ब्लेडच्या वेगापेक्षा कमी असतो, ज्याची व्याख्या पॅडल व्हीलच्या वेगाशी पाण्याच्या शरीराच्या वेगाचे गुणोत्तर म्हणून केली जाते.Bhole40 ने नोंदवले की फ्लोक्युलेटरची रचना करताना तीन अज्ञात घटकांचा विचार केला पाहिजे, म्हणजे वेग ग्रेडियंट, ड्रॅग गुणांक आणि ब्लेडच्या सापेक्ष पाण्याचा वेग.
कॅम्प41 अहवाल देतो की हाय स्पीड मशीनचा विचार करताना, वेग रोटरच्या गतीच्या सुमारे 24% आणि कमी गतीच्या मशीनसाठी 32% इतका जास्त असतो.सेप्टाच्या अनुपस्थितीत, ड्रॉस्टे आणि Ger42 ने 0.25 चे ak मूल्य वापरले, तर सेप्टाच्या बाबतीत, k 0 ते 0.15 पर्यंत होते.तथापि, Hand38 सुचवितो की k 0.2 ते 0.3 च्या श्रेणीत आहे.हेंड्रिक्स 39 ने स्लिप फॅक्टरला एक प्रायोगिक सूत्र वापरून रोटेशनल स्पीडशी संबंधित केले आणि निष्कर्ष काढला की स्लिप फॅक्टर देखील Camp41 द्वारे स्थापित केलेल्या श्रेणीमध्ये आहे.Bratby43 ने नोंदवले की 1.8 ते 5.4 rpm मधील इंपेलर स्पीडसाठी k सुमारे 0.2 आहे आणि 0.9 ते 3 rpm पर्यंत इंपेलर स्पीडसाठी 0.35 पर्यंत वाढते.इतर संशोधकांनी 1.0 ते 1.8 पर्यंत ड्रॅग गुणांक (Cd) मूल्यांची विस्तृत श्रेणी आणि स्लिप गुणांक k मूल्ये 0.25 ते 0.40 पर्यंत नोंदवली आहेत (Feir आणि Geyer44; Hyde and Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren and Marbis47; आणि Bray47; ).कॅम्प41 च्या कार्यापासून k ची व्याख्या आणि परिमाण निश्चित करण्यात साहित्यात लक्षणीय प्रगती दिसून येत नाही.
फ्लोक्युलेशन प्रक्रिया टक्कर सुलभ करण्यासाठी अशांततेवर आधारित आहे, जेथे वेगाचा ग्रेडियंट (G) अशांतता/फ्लोक्युलेशन मोजण्यासाठी वापरला जातो.पाण्यात मिसळणे ही रसायने जलद आणि समान रीतीने विखुरण्याची प्रक्रिया आहे.मिश्रणाची डिग्री वेग ग्रेडियंटद्वारे मोजली जाते:
जेथे G = वेग ग्रेडियंट (से-1), P = पॉवर इनपुट (W), V = पाण्याचे खंड (m3), μ = डायनॅमिक व्हिस्कोसिटी (Pa s).
G मूल्य जितके जास्त असेल तितके अधिक मिश्रित.एकसमान गोठणे सुनिश्चित करण्यासाठी कसून मिसळणे आवश्यक आहे.साहित्य असे सूचित करते की सर्वात महत्वाचे डिझाइन पॅरामीटर्स मिश्रण वेळ (t) आणि वेग ग्रेडियंट (G) आहेत.फ्लोक्युलेशन प्रक्रिया टक्कर सुलभ करण्यासाठी अशांततेवर आधारित आहे, जेथे वेगाचा ग्रेडियंट (G) अशांतता/फ्लोक्युलेशन मोजण्यासाठी वापरला जातो.G साठी ठराविक डिझाईन व्हॅल्यू 20 ते 70 s–1, t 15 ते 30 मिनिटे आहेत आणि Gt (डायमेंशनलेस) 104 ते 105 आहे. फास्ट मिक्स टँक 700 ते 1000 च्या G व्हॅल्यूसह, वेळेच्या मुक्कामासह सर्वोत्तम कार्य करतात सुमारे 2 मिनिटे.
जेथे P ही प्रत्येक फ्लोक्युलेटर ब्लेडद्वारे द्रवाला दिलेली शक्ती आहे, N ही रोटेशन गती आहे, b ही ब्लेडची लांबी आहे, ρ ही पाण्याची घनता आहे, r ही त्रिज्या आहे आणि k हा स्लिप गुणांक आहे.हे समीकरण प्रत्येक ब्लेडला स्वतंत्रपणे लागू केले जाते आणि फ्लोक्युलेटरचे एकूण पॉवर इनपुट देण्यासाठी परिणामांची बेरीज केली जाते.या समीकरणाचा काळजीपूर्वक अभ्यास केल्यास पॅडल फ्लोक्युलेटरच्या डिझाइन प्रक्रियेत स्लिप फॅक्टर k चे महत्त्व दिसून येते.साहित्य k चे अचूक मूल्य सांगत नाही, परंतु त्याऐवजी आधी सांगितल्याप्रमाणे श्रेणीची शिफारस करते.तथापि, पॉवर P आणि स्लिप गुणांक k यांच्यातील संबंध घन आहे.अशाप्रकारे, जर सर्व पॅरामीटर्स समान असतील तर, उदाहरणार्थ, k 0.25 ते 0.3 पर्यंत बदलल्याने प्रत्येक ब्लेडमध्ये द्रव प्रसारित होणारी शक्ती सुमारे 20% कमी होईल आणि k 0.25 वरून 0.18 पर्यंत कमी केल्याने ती वाढेल.प्रति वेन सुमारे 27-30% ने द्रवपदार्थाला दिलेली शक्ती.शेवटी, शाश्वत पॅडल फ्लोक्युलेटर डिझाइनवर k चा परिणाम तांत्रिक परिमाणाद्वारे तपासणे आवश्यक आहे.
स्लिपेजच्या अचूक अनुभवजन्य परिमाणासाठी प्रवाह व्हिज्युअलायझेशन आणि सिम्युलेशन आवश्यक आहे.त्यामुळे, ब्लेडच्या वेगवेगळ्या पोझिशन्सच्या प्रभावाचे मूल्यांकन करण्यासाठी शाफ्टपासून वेगवेगळ्या रेडियल अंतरांवर आणि पाण्याच्या पृष्ठभागापासून वेगवेगळ्या खोलीवर विशिष्ट घूर्णन गतीने ब्लेडच्या स्पर्शिक गतीचे वर्णन करणे महत्त्वाचे आहे.
या अभ्यासात, प्रयोगशाळेच्या स्केल पॅडल फ्लोक्युलेटरमधील अशांत प्रवाह वेग क्षेत्राच्या प्रायोगिक आणि संख्यात्मक तपासणीद्वारे फ्लोक्युलेशनच्या हायड्रोडायनामिक्सचे मूल्यमापन केले जाते.पीआयव्ही मोजमाप फ्लोक्युलेटरवर रेकॉर्ड केले जातात, पानांभोवती पाण्याच्या कणांचा वेग दर्शविणारे वेळ-सरासरी वेगाचे रूपरेषा तयार करतात.याव्यतिरिक्त, ANSYS-Fluent CFD चा वापर फ्लोक्युलेटरच्या आत फिरणार्‍या प्रवाहाचे अनुकरण करण्यासाठी आणि वेळ-सरासरी वेग आकार तयार करण्यासाठी केला गेला.PIV आणि CFD परिणामांमधील पत्रव्यवहाराचे मूल्यमापन करून परिणामी CFD मॉडेलची पुष्टी केली गेली.या कामाचा फोकस स्लिप गुणांक k, जे पॅडल फ्लोक्युलेटरचे आकारहीन डिझाइन पॅरामीटर आहे.येथे सादर केलेले कार्य 3 rpm आणि 4 rpm च्या कमी वेगाने स्लिप गुणांक k चे प्रमाण निश्चित करण्यासाठी एक नवीन आधार प्रदान करते.परिणामांचे परिणाम थेट फ्लोक्युलेशन टाकीच्या हायड्रोडायनामिक्सच्या चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यास योगदान देतात.
प्रयोगशाळा फ्लोक्युलेटरमध्ये एक ओपन-टॉप आयताकृती बॉक्स असतो ज्याची एकूण उंची 147 सेमी, उंची 39 सेमी, एकूण रुंदी 118 सेमी आणि एकूण लांबी 138 सेमी (चित्र 1) असते.Camp49 द्वारे विकसित केलेले मुख्य डिझाइन निकष प्रयोगशाळेच्या स्केल पॅडल फ्लोक्युलेटरची रचना करण्यासाठी आणि आयामी विश्लेषणाची तत्त्वे लागू करण्यासाठी वापरले गेले.प्रायोगिक सुविधा लेबनीज अमेरिकन युनिव्हर्सिटी (बायब्लोस, लेबनॉन) च्या पर्यावरण अभियांत्रिकी प्रयोगशाळेत बांधली गेली.
क्षैतिज अक्ष तळापासून 60 सेमी उंचीवर स्थित आहे आणि दोन पॅडल चाके सामावून घेतात.प्रत्येक पॅडल व्हीलमध्ये एकूण 12 पॅडलसाठी प्रत्येक पॅडलवर 3 पॅडलसह 4 पॅडल असतात.फ्लोक्युलेशनसाठी 2 ते 6 आरपीएमच्या कमी वेगाने हलके आंदोलन करणे आवश्यक आहे.फ्लोक्युलेटरमध्ये सर्वात सामान्य मिक्सिंग वेग 3 rpm आणि 4 rpm आहेत.लॅबोरेटरी स्केल फ्लोक्युलेटर फ्लो पिण्याचे पाणी शुद्धीकरण प्लांटच्या फ्लोक्युलेशन टाकीच्या कंपार्टमेंटमधील प्रवाहाचे प्रतिनिधित्व करण्यासाठी डिझाइन केले आहे.पारंपारिक समीकरण 42 वापरून शक्तीची गणना केली जाते.दोन्ही रोटेशन गतींसाठी, गती ग्रेडियंट \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) पेक्षा जास्त आहे. , रेनॉल्ड्स संख्या अशांत प्रवाह दर्शवते (तक्ता 1).
PIV चा वापर द्रव वेग वेक्टरचे अचूक आणि परिमाणात्मक मोजमाप एकाच वेळी खूप मोठ्या संख्येने पॉइंट्स 50 वर साध्य करण्यासाठी केला जातो.प्रायोगिक सेटअपमध्ये लॅब-स्केल पॅडल फ्लोक्युलेटर, एक LaVision PIV प्रणाली (2017), आणि Arduino बाह्य लेसर सेन्सर ट्रिगर समाविष्ट होते.वेळ-सरासरी वेग प्रोफाइल तयार करण्यासाठी, PIV प्रतिमा अनुक्रमे त्याच स्थानावर रेकॉर्ड केल्या गेल्या.PIV प्रणाली अशा प्रकारे कॅलिब्रेट केली जाते की लक्ष्य क्षेत्र विशिष्ट पॅडल आर्मच्या प्रत्येक तीन ब्लेडच्या लांबीच्या मध्यबिंदूवर असते.बाह्य ट्रिगरमध्ये फ्लोक्युलेटर रुंदीच्या एका बाजूला स्थित लेसर आणि दुसऱ्या बाजूला सेन्सर रिसीव्हर असतो.प्रत्येक वेळी फ्लोक्युलेटर आर्म लेसर मार्ग अवरोधित करते तेव्हा, PIV लेसर आणि कॅमेरा प्रोग्रामेबल टाइमिंग युनिटसह सिंक्रोनाइझ केलेल्या प्रतिमा कॅप्चर करण्यासाठी PIV प्रणालीला एक सिग्नल पाठविला जातो.अंजीर वर.2 PIV प्रणालीची स्थापना आणि प्रतिमा संपादन प्रक्रिया दर्शविते.
प्रवाह सामान्य करण्यासाठी आणि समान अपवर्तक इंडेक्स फील्ड विचारात घेण्यासाठी फ्लॉक्युलेटर 5-10 मिनिटांसाठी ऑपरेट केल्यानंतर PIV चे रेकॉर्डिंग सुरू करण्यात आले.फ्लोक्युलेटरमध्ये बुडवून आणि रूचीच्या ब्लेडच्या लांबीच्या मध्यबिंदूवर ठेवलेल्या कॅलिब्रेशन प्लेटचा वापर करून कॅलिब्रेशन साध्य केले जाते.कॅलिब्रेशन प्लेटच्या थेट वर एक फ्लॅट लाइट शीट तयार करण्यासाठी PIV लेसरची स्थिती समायोजित करा.प्रत्येक ब्लेडच्या प्रत्येक रोटेशन गतीसाठी मोजलेली मूल्ये रेकॉर्ड करा आणि प्रयोगासाठी निवडलेल्या रोटेशन गती 3 rpm आणि 4 rpm आहेत.
सर्व पीआयव्ही रेकॉर्डिंगसाठी, दोन लेसर डाळींमधील वेळ मध्यांतर 6900 ते 7700 µs या श्रेणीमध्ये सेट केले गेले होते, ज्यामुळे किमान 5 पिक्सेल कणांचे विस्थापन होते.अचूक वेळ-सरासरी मोजमाप मिळविण्यासाठी आवश्यक असलेल्या प्रतिमांच्या संख्येवर प्रायोगिक चाचण्या केल्या गेल्या.40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240 आणि 280 प्रतिमा असलेल्या नमुन्यांसाठी वेक्टर आकडेवारीची तुलना केली गेली.240 प्रतिमांचा नमुना आकार स्थिर वेळ-सरासरी परिणाम देत असल्याचे आढळले कारण प्रत्येक प्रतिमेमध्ये दोन फ्रेम असतात.
फ्लोक्युलेटरमधील प्रवाह अशांत असल्याने, लहान अशांत संरचनांचे निराकरण करण्यासाठी एक लहान चौकशी विंडो आणि मोठ्या संख्येने कण आवश्यक आहेत.अचूकता सुनिश्चित करण्यासाठी क्रॉस-कॉरिलेशन अल्गोरिदमसह आकार कमी करण्याच्या अनेक पुनरावृत्ती लागू केल्या जातात.50% ओव्हरलॅपसह 48×48 पिक्सेलची प्रारंभिक पोलिंग विंडो आकार आणि एक अनुकूलन प्रक्रिया त्यानंतर 100% ओव्हरलॅप आणि दोन अनुकूलन प्रक्रियांसह 32×32 पिक्सेलची अंतिम मतदान विंडो आकारात आली.याव्यतिरिक्त, काचेच्या पोकळ गोलाकार प्रवाहात बियाणे कण म्हणून वापरले गेले होते, ज्यामुळे प्रति मतदान खिडकी किमान 10 कण होते.PIV रेकॉर्डिंग प्रोग्रॅमेबल टाइमिंग युनिट (PTU) मधील ट्रिगर स्त्रोताद्वारे सुरू केले जाते, जे लेसर स्त्रोत आणि कॅमेरा ऑपरेट आणि सिंक्रोनाइझ करण्यासाठी जबाबदार आहे.
व्यावसायिक CFD पॅकेज ANSYS Fluent v 19.1 हे 3D मॉडेल विकसित करण्यासाठी आणि मूलभूत प्रवाह समीकरणे सोडवण्यासाठी वापरले गेले.
ANSYS-Fluent वापरून, प्रयोगशाळा-स्केल पॅडल फ्लोक्युलेटरचे 3D मॉडेल तयार केले गेले.हे मॉडेल आयताकृती बॉक्सच्या स्वरूपात बनवले आहे, ज्यामध्ये प्रयोगशाळेच्या मॉडेलप्रमाणे क्षैतिज अक्षावर दोन पॅडल चाकांचा समावेश आहे.फ्रीबोर्डशिवाय मॉडेल 108 सेमी उंच, 118 सेमी रुंद आणि 138 सेमी लांब आहे.मिक्सरभोवती एक क्षैतिज दंडगोलाकार विमान जोडले गेले आहे.अंजीर 3a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, बेलनाकार विमान निर्मितीने संपूर्ण मिक्सरचे रोटेशन इंस्टॉलेशन टप्प्यात लागू केले पाहिजे आणि फ्लोक्युलेटरच्या आत फिरणारे प्रवाह क्षेत्र अनुकरण केले पाहिजे.
3D ANSYS- अस्खलित आणि मॉडेल भूमिती आकृती, स्वारस्याच्या विमानावर ANSYS-फ्लुएंट फ्लोक्युलेटर बॉडी मेश, स्वारस्याच्या प्लेनवर ANSYS-फ्लुएंट डायग्राम.
मॉडेल भूमितीमध्ये दोन क्षेत्रांचा समावेश आहे, ज्यापैकी प्रत्येक एक द्रव आहे.तार्किक वजाबाकी फंक्शन वापरून हे साध्य केले जाते.प्रथम द्रव दर्शविण्यासाठी बॉक्समधून सिलेंडर (मिक्सरसह) वजा करा.नंतर सिलेंडरमधून मिक्सर वजा करा, परिणामी दोन वस्तू: मिक्सर आणि द्रव.शेवटी, दोन क्षेत्रांमध्ये एक स्लाइडिंग इंटरफेस लागू करण्यात आला: एक सिलेंडर-सिलेंडर इंटरफेस आणि एक सिलेंडर-मिक्सर इंटरफेस (चित्र 3a).
संख्यात्मक सिम्युलेशन चालविण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या टर्ब्युलेन्स मॉडेल्सच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी तयार केलेल्या मॉडेल्सची जाळी पूर्ण केली गेली आहे.घन पृष्ठभागाजवळ विस्तारित स्तरांसह एक असंरचित जाळी वापरली गेली.हे सुनिश्चित करण्यासाठी \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m च्या जाडीसह, जटिल प्रवाह पॅटर्न कॅप्चर केले जातील याची खात्री करण्यासाठी 1.2 च्या वाढीच्या दरासह सर्व भिंतींसाठी विस्तार स्तर तयार करा. ( {\text {y))^{+}\le 1.0\).टेट्राहेड्रॉन फिटिंग पद्धती वापरून शरीराचा आकार समायोजित केला जातो.2.5 × \({10}^{-3}\) m च्या घटक आकारासह दोन इंटरफेसचा पुढील बाजूचा आकार तयार केला जातो आणि 9 × \({10}^{-3}\ ) मिक्सरचा फ्रंट आकार तयार केला जातो. m लागू आहे.प्रारंभिक व्युत्पन्न केलेल्या जाळीमध्ये 2144409 घटक असतात (चित्र 3b).
दोन-पॅरामीटर k–ε टर्ब्युलेन्स मॉडेल प्रारंभिक बेस मॉडेल म्हणून निवडले गेले.फ्लोक्युलेटरच्या आत फिरणाऱ्या प्रवाहाचे अचूकपणे अनुकरण करण्यासाठी, एक अधिक गणनात्मकदृष्ट्या महाग मॉडेल निवडले गेले.फ्लोक्युलेटरच्या आतल्या अशांत फिरणाऱ्या प्रवाहाची दोन CFD मॉडेल्स वापरून संख्यात्मक तपासणी केली गेली: SST k–ω51 आणि IDDES52.मॉडेल प्रमाणित करण्यासाठी दोन्ही मॉडेल्सच्या परिणामांची प्रायोगिक PIV परिणामांशी तुलना केली गेली.प्रथम, SST k-ω टर्ब्युलेन्स मॉडेल हे फ्लुइड डायनॅमिक्स ऍप्लिकेशन्ससाठी दोन-समीकरण अशांत व्हिस्कोसिटी मॉडेल आहे.हे विल्कॉक्स k-ω आणि k-ε मॉडेल एकत्र करणारे संकरित मॉडेल आहे.मिक्सिंग फंक्शन भिंतीजवळील विल्कॉक्स मॉडेल आणि येणार्‍या प्रवाहात k-ε मॉडेल सक्रिय करते.हे सुनिश्चित करते की संपूर्ण प्रवाह क्षेत्रामध्ये योग्य मॉडेल वापरले जाते.हे प्रतिकूल दाब ग्रेडियंट्समुळे प्रवाह वेगळे होण्याचा अचूक अंदाज लावते.दुसरे म्हणजे, प्रगत डिफर्ड एडी सिम्युलेशन (IDDES) पद्धत, SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) मॉडेलसह वैयक्तिक एडी सिम्युलेशन (DES) मॉडेलमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाणारी, निवडली गेली.IDDES हे एक संकरित RANS-LES (लार्ज एडी सिम्युलेशन) मॉडेल आहे जे अधिक लवचिक आणि वापरकर्ता-अनुकूल रिझोल्यूशन स्केलिंग (SRS) सिम्युलेशन मॉडेल प्रदान करते.मोठ्या एडीजचे निराकरण करण्यासाठी हे LES मॉडेलवर आधारित आहे आणि लहान स्केल एडीजचे अनुकरण करण्यासाठी SST k-ω वर परत येते.मॉडेलचे प्रमाणीकरण करण्यासाठी SST k–ω आणि IDDES सिम्युलेशनच्या परिणामांची सांख्यिकीय विश्लेषणे PIV परिणामांशी तुलना केली गेली.
दोन-पॅरामीटर k–ε टर्ब्युलेन्स मॉडेल प्रारंभिक बेस मॉडेल म्हणून निवडले गेले.फ्लोक्युलेटरच्या आत फिरणाऱ्या प्रवाहाचे अचूकपणे अनुकरण करण्यासाठी, एक अधिक गणनात्मकदृष्ट्या महाग मॉडेल निवडले गेले.फ्लोक्युलेटरच्या आतल्या अशांत फिरणाऱ्या प्रवाहाची दोन CFD मॉडेल्स वापरून संख्यात्मक तपासणी केली गेली: SST k–ω51 आणि IDDES52.मॉडेल प्रमाणित करण्यासाठी दोन्ही मॉडेल्सच्या परिणामांची प्रायोगिक PIV परिणामांशी तुलना केली गेली.प्रथम, SST k-ω टर्ब्युलेन्स मॉडेल हे फ्लुइड डायनॅमिक्स ऍप्लिकेशन्ससाठी दोन-समीकरण अशांत व्हिस्कोसिटी मॉडेल आहे.हे विल्कॉक्स k-ω आणि k-ε मॉडेल एकत्र करणारे संकरित मॉडेल आहे.मिक्सिंग फंक्शन भिंतीजवळील विल्कॉक्स मॉडेल आणि येणार्‍या प्रवाहात k-ε मॉडेल सक्रिय करते.हे सुनिश्चित करते की संपूर्ण प्रवाह क्षेत्रामध्ये योग्य मॉडेल वापरले जाते.हे प्रतिकूल दाब ग्रेडियंट्समुळे प्रवाह वेगळे होण्याचा अचूक अंदाज लावते.दुसरे म्हणजे, प्रगत डिफर्ड एडी सिम्युलेशन (IDDES) पद्धत, SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) मॉडेलसह वैयक्तिक एडी सिम्युलेशन (DES) मॉडेलमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाणारी, निवडली गेली.IDDES हे एक संकरित RANS-LES (लार्ज एडी सिम्युलेशन) मॉडेल आहे जे अधिक लवचिक आणि वापरकर्ता-अनुकूल रिझोल्यूशन स्केलिंग (SRS) सिम्युलेशन मॉडेल प्रदान करते.मोठ्या एडीजचे निराकरण करण्यासाठी हे LES मॉडेलवर आधारित आहे आणि लहान स्केल एडीजचे अनुकरण करण्यासाठी SST k-ω वर परत येते.मॉडेलचे प्रमाणीकरण करण्यासाठी SST k–ω आणि IDDES सिम्युलेशनच्या परिणामांची सांख्यिकीय विश्लेषणे PIV परिणामांशी तुलना केली गेली.
दाब-आधारित क्षणिक सॉल्व्हर वापरा आणि Y दिशेने गुरुत्वाकर्षण वापरा.मिक्सरला जाळीची गती नियुक्त करून रोटेशन प्राप्त केले जाते, जेथे रोटेशन अक्षाचे मूळ क्षैतिज अक्षाच्या मध्यभागी असते आणि रोटेशन अक्षाची दिशा Z दिशेने असते.दोन्ही मॉडेल भूमिती इंटरफेससाठी एक जाळी इंटरफेस तयार केला जातो, परिणामी दोन बाउंडिंग बॉक्स किनारी असतात.प्रायोगिक तंत्राप्रमाणे, रोटेशन गती 3 आणि 4 क्रांतीशी संबंधित आहे.
मिक्सर आणि फ्लोक्युलेटरच्या भिंतींच्या सीमारेषा भिंतीद्वारे सेट केल्या गेल्या होत्या आणि फ्लोक्युलेटरचे शीर्ष ओपनिंग शून्य गेज दाब (चित्र 3c) सह आउटलेटद्वारे सेट केले गेले होते.साधी दाब-वेग संप्रेषण योजना, कमीत कमी चौरस घटकांवर आधारित सर्व पॅरामीटर्ससह द्वितीय-क्रम फंक्शन्सच्या ग्रेडियंट स्पेसचे विवेकीकरण.सर्व प्रवाह चलांसाठी अभिसरण निकष स्केल केलेले अवशिष्ट 1 x \({10}^{-3}\) आहे.प्रति टाईम स्टेप पुनरावृत्तीची कमाल संख्या 20 आहे आणि टाईम स्टेप साइज 0.5° च्या रोटेशनशी संबंधित आहे.सोल्यूशन SST k–ω मॉडेलसाठी 8 व्या पुनरावृत्तीवर आणि IDDES वापरून 12 व्या पुनरावृत्तीवर एकत्रित होते.याव्यतिरिक्त, वेळेच्या चरणांची संख्या मोजली गेली जेणेकरून मिक्सरने कमीतकमी 12 क्रांती केली.3 रोटेशननंतर वेळेच्या आकडेवारीसाठी डेटा सॅम्पलिंग लागू करा, जे प्रायोगिक प्रक्रियेप्रमाणेच प्रवाहाचे सामान्यीकरण करण्यास अनुमती देते.प्रत्येक क्रांतीसाठी स्पीड लूपच्या आउटपुटची तुलना केल्याने शेवटच्या चार क्रांतीसाठी अगदी समान परिणाम मिळतात, जे स्थिर स्थितीत पोहोचल्याचे सूचित करतात.अतिरिक्त revs ने मध्यम गतीच्या रूपरेषा सुधारल्या नाहीत.
वेळेची पायरी रोटेशन गती, 3 rpm किंवा 4 rpm च्या संबंधात परिभाषित केली जाते.मिक्सरला ०.५° ने फिरवण्यासाठी लागणार्‍या वेळेनुसार वेळेची पायरी परिष्कृत केली जाते.हे पुरेसे असल्याचे दिसून येते, कारण मागील विभागात वर्णन केल्याप्रमाणे समाधान सहजपणे एकत्रित होते.अशा प्रकारे, 3 rpm, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-}) साठी 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) च्या सुधारित वेळेच्या पायरीचा वापर करून दोन्ही टर्ब्युलेन्स मॉडेल्ससाठी सर्व संख्यात्मक गणना केली गेली. {3}\) 4 rpm.दिलेल्या परिष्करण वेळेच्या चरणासाठी, सेलची Courant संख्या नेहमी 1.0 पेक्षा कमी असते.
मॉडेल-मेश अवलंबित्व एक्सप्लोर करण्यासाठी, प्रथम मूळ 2.14M जाळी आणि नंतर परिष्कृत 2.88M जाळी वापरून परिणाम प्राप्त केले गेले.मिक्सर बॉडीचा सेल आकार 9 × \({10}^{-3}\) m वरून 7 × \({10}^{-3}\) m पर्यंत कमी करून ग्रिड शुद्धीकरण प्राप्त केले जाते.दोन मॉडेल टर्ब्युलेन्सच्या मूळ आणि परिष्कृत मेशसाठी, ब्लेडच्या आजूबाजूच्या वेगवेगळ्या ठिकाणी वेग मॉड्यूल्सच्या सरासरी मूल्यांची तुलना केली गेली.निकालांमधील टक्केवारीतील फरक SST k–ω मॉडेलसाठी 1.73% आणि IDDES मॉडेलसाठी 3.51% आहे.IDDES उच्च टक्केवारीतील फरक दर्शविते कारण ते संकरित RANS-LES मॉडेल आहे.हे फरक क्षुल्लक मानले गेले, म्हणून 2.14 दशलक्ष घटकांसह मूळ जाळी वापरून आणि 0.5° च्या रोटेशन टाईम पायरीसह सिम्युलेशन केले गेले.
सहा प्रयोगांपैकी प्रत्येक प्रयोग दुसऱ्यांदा करून आणि परिणामांची तुलना करून प्रायोगिक परिणामांची पुनरुत्पादनक्षमता तपासली गेली.प्रयोगांच्या दोन मालिकांमध्ये ब्लेडच्या मध्यभागी असलेल्या गती मूल्यांची तुलना करा.दोन प्रायोगिक गटांमधील सरासरी टक्केवारीतील फरक 3.1% होता.प्रत्येक प्रयोगासाठी पीआयव्ही प्रणाली देखील स्वतंत्रपणे रिकॅलिब्रेट केली गेली.प्रत्येक ब्लेडच्या मध्यभागी विश्लेषणात्मक गणना केलेल्या गतीची त्याच स्थानावरील PIV गतीशी तुलना करा.ही तुलना ब्लेड 1 साठी 6.5% च्या कमाल टक्केवारी त्रुटीसह फरक दर्शवते.
स्लिप फॅक्टरचे प्रमाण ठरवण्याआधी, पॅडल फ्लोक्युलेटरमधील स्लिपची संकल्पना वैज्ञानिकदृष्ट्या समजून घेणे आवश्यक आहे, ज्यासाठी फ्लोक्युलेटरच्या पॅडलभोवतीच्या प्रवाहाच्या संरचनेचा अभ्यास करणे आवश्यक आहे.संकल्पनात्मकपणे, पाण्याच्या सापेक्ष ब्लेडचा वेग विचारात घेण्यासाठी पॅडल फ्लोक्युलेटरच्या डिझाइनमध्ये स्लिप गुणांक तयार केला जातो.साहित्याने शिफारस केली आहे की हा वेग ब्लेडच्या गतीच्या 75% असावा, म्हणून बहुतेक डिझाइन या समायोजनासाठी 0.25 च्या ak चा वापर करतात.प्रवाह वेग फील्ड पूर्णपणे समजून घेण्यासाठी आणि या स्लिपचा अभ्यास करण्यासाठी PIV प्रयोगांमधून मिळवलेल्या वेग स्ट्रीमलाइनचा वापर करणे आवश्यक आहे.ब्लेड 1 हे शाफ्टच्या सर्वात जवळचे सर्वात आतील ब्लेड आहे, ब्लेड 3 हे सर्वात बाहेरील ब्लेड आहे आणि ब्लेड 2 हे मधले ब्लेड आहे.
ब्लेड 1 वरील वेग स्ट्रीमलाइन ब्लेडभोवती थेट फिरणारा प्रवाह दर्शवितो.हे प्रवाह नमुने ब्लेडच्या उजव्या बाजूला, रोटर आणि ब्लेड दरम्यानच्या बिंदूमधून बाहेर पडतात.आकृती 4a मधील लाल ठिपके असलेल्या बॉक्सने दर्शविलेले क्षेत्र पाहता, ब्लेडच्या वर आणि आजूबाजूच्या रीक्रिक्युलेशन फ्लोचा दुसरा पैलू ओळखणे मनोरंजक आहे.फ्लो व्हिज्युअलायझेशन रीक्रिक्युलेशन झोनमध्ये कमी प्रवाह दर्शवते.हा प्रवाह ब्लेडच्या उजव्या बाजूने ब्लेडच्या टोकापासून सुमारे 6 सेमी उंचीवर येतो, शक्यतो ब्लेडच्या आधीच्या हाताच्या पहिल्या ब्लेडच्या प्रभावामुळे, जो इमेजमध्ये दिसत आहे.4 rpm वर फ्लो व्हिज्युअलायझेशन समान वर्तन आणि रचना दर्शविते, वरवर पाहता उच्च गतीसह.
वेग क्षेत्र आणि 3 rpm आणि 4 rpm च्या दोन रोटेशन वेगाने तीन ब्लेडचे वर्तमान आलेख.3 rpm वर तीन ब्लेडचा कमाल सरासरी वेग अनुक्रमे 0.15 m/s, 0.20 m/s आणि 0.16 m/s आहे आणि 4 rpm वर कमाल सरासरी वेग 0.15 m/s, 0.22 m/s आणि 0.22 m/s आहे. s, अनुक्रमे.तीन पत्रके वर.
वेन्स 1 आणि 2 मध्ये हेलिकल फ्लोचे आणखी एक रूप आढळले. वेक्टर फील्ड स्पष्टपणे दर्शविते की व्हेक्टरच्या दिशेने दर्शविल्याप्रमाणे, व्हेन 2 च्या तळापासून पाण्याचा प्रवाह वरच्या दिशेने जात आहे.चित्र 4b मधील ठिपके असलेल्या चौकटीने दर्शविल्याप्रमाणे, हे वेक्टर ब्लेडच्या पृष्ठभागावरून उभ्या दिशेने जात नाहीत, परंतु उजवीकडे वळतात आणि हळूहळू खाली येतात.ब्लेड 1 च्या पृष्ठभागावर, खाली जाणारे वेक्टर वेगळे केले जातात, जे दोन्ही ब्लेडच्या जवळ जातात आणि त्यांच्या दरम्यान तयार झालेल्या रीक्रिक्युलेशन प्रवाहापासून त्यांना वेढतात.समान प्रवाह रचना 4 rpm च्या उच्च गतीच्या मोठेपणासह दोन्ही रोटेशन गतींवर निर्धारित केली गेली.
ब्लेड 3 चे वेलोसिटी फील्ड ब्लेड 3 च्या खाली असलेल्या प्रवाहात सामील होणा-या मागील ब्लेडच्या वेग वेक्टरमधून महत्त्वपूर्ण योगदान देत नाही. ब्लेड 3 अंतर्गत मुख्य प्रवाह पाण्याबरोबर उभ्या वेगाच्या वेक्टरच्या वाढीमुळे होतो.
आकृती 4c मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे ब्लेड 3 च्या पृष्ठभागावरील वेग वेक्टर तीन गटांमध्ये विभागले जाऊ शकतात.पहिला सेट म्हणजे ब्लेडच्या उजव्या काठावरचा सेट.या स्थितीत प्रवाहाची रचना सरळ उजवीकडे आणि वर आहे (म्हणजे ब्लेड 2 च्या दिशेने).दुसरा गट ब्लेडच्या मध्यभागी आहे.या स्थितीसाठी वेग वेक्टर कोणत्याही विचलनाशिवाय आणि रोटेशनशिवाय सरळ वर निर्देशित केला जातो.ब्लेडच्या शेवटी असलेल्या उंचीच्या वाढीसह वेग मूल्यातील घट निश्चित केली गेली.तिसऱ्या गटासाठी, ब्लेडच्या डाव्या परिघावर स्थित, प्रवाह ताबडतोब डावीकडे निर्देशित केला जातो, म्हणजे फ्लोक्युलेटरच्या भिंतीकडे.वेग वेक्टरद्वारे दर्शविलेले बहुतेक प्रवाह वर जातात आणि प्रवाहाचा काही भाग क्षैतिजरित्या खाली जातो.
दोन टर्ब्युलेन्स मॉडेल्स, SST k–ω आणि IDDES, ब्लेड सरासरी लांबीच्या विमानात 3 rpm आणि 4 rpm साठी वेळ-सरासरी वेग प्रोफाइल तयार करण्यासाठी वापरले गेले.आकृती 5 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, चार सलग आवर्तनांद्वारे तयार केलेल्या वेगाच्या रूपरेषांमधील परिपूर्ण समानता प्राप्त करून स्थिर स्थिती प्राप्त केली जाते.याव्यतिरिक्त, IDDES द्वारे व्युत्पन्न केलेले वेळ-सरासरी वेग आकृतीचित्र 6a मध्ये दर्शविलेले आहेत, तर SST k – ω द्वारे व्युत्पन्न केलेले वेळ-सरासरी वेग प्रोफाइल आकृती 6a मध्ये दर्शविले आहेत.6ब.
IDDES आणि SST k–ω द्वारे व्युत्पन्न केलेले वेळ-सरासरी वेग लूप वापरून, IDDES मध्ये वेग लूपचे प्रमाण जास्त आहे.
आकृती 7 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे 3 rpm वर IDDES सह तयार केलेल्या स्पीड प्रोफाइलचे काळजीपूर्वक परीक्षण करा. मिक्सर घड्याळाच्या दिशेने फिरतो आणि दर्शविलेल्या टिपांनुसार प्रवाहाची चर्चा केली जाते.
अंजीर वर.7 हे पाहिले जाऊ शकते की I चतुर्थांश मधील ब्लेड 3 च्या पृष्ठभागावर प्रवाहाचे पृथक्करण आहे, कारण वरच्या छिद्राच्या उपस्थितीमुळे प्रवाह मर्यादित नाही.क्वाड्रंट II मध्ये प्रवाहाचे कोणतेही पृथक्करण दिसून येत नाही, कारण फ्लोक्युलेटरच्या भिंतींद्वारे प्रवाह पूर्णपणे मर्यादित आहे.क्वाड्रंट III मध्ये, पाणी मागील क्वाड्रंटच्या तुलनेत खूपच कमी किंवा कमी वेगाने फिरते.चतुर्थांश I आणि II मधील पाणी मिक्सरच्या क्रियेने खाली हलवले जाते (म्हणजे फिरवले जाते किंवा बाहेर ढकलले जाते).आणि क्वाड्रंट III मध्ये, आंदोलकाच्या ब्लेडने पाणी बाहेर ढकलले जाते.हे स्पष्ट आहे की या ठिकाणी पाण्याचे वस्तुमान जवळ येत असलेल्या फ्लोक्युलेटर स्लीव्हला प्रतिकार करते.या चौकोनातील फिरणारा प्रवाह पूर्णपणे विभक्त आहे.चतुर्थांश IV साठी, व्हेन 3 वरील बहुतेक हवेचा प्रवाह फ्लोक्युलेटर भिंतीकडे निर्देशित केला जातो आणि हळूहळू वरच्या ओपनिंगपर्यंत उंची वाढल्याने त्याचा आकार कमी होतो.
याव्यतिरिक्त, मध्यवर्ती स्थानामध्ये जटिल प्रवाह नमुने समाविष्ट आहेत जे चतुर्थांश III आणि IV वर वर्चस्व गाजवतात, जसे की निळ्या ठिपके असलेल्या लंबवर्तुळांद्वारे दर्शविलेले आहे.या चिन्हांकित क्षेत्राचा पॅडल फ्लोक्युलेटरमधील फिरत्या प्रवाहाशी काहीही संबंध नाही, कारण फिरणारी गती ओळखली जाऊ शकते.हे चतुर्भुज I आणि II च्या विरुद्ध आहे जेथे अंतर्गत प्रवाह आणि पूर्ण घूर्णन प्रवाह यांच्यात स्पष्ट पृथक्करण आहे.
अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.6, IDDES आणि SST k-ω च्या परिणामांची तुलना करताना, वेगाच्या रूपरेषांमधील मुख्य फरक म्हणजे ब्लेड 3 च्या खाली असलेल्या वेगाची तीव्रता. SST k-ω मॉडेल स्पष्टपणे दर्शविते की विस्तारित उच्च-वेग प्रवाह ब्लेड 3 द्वारे वाहून नेला जातो. IDDES च्या तुलनेत.
दुसरा फरक क्वाड्रंट III मध्ये आढळू शकतो.IDDES मधून, आधी सांगितल्याप्रमाणे, फ्लोक्युलेटर आर्म्समधील रोटेशनल फ्लो पृथक्करण लक्षात आले.तथापि, या स्थितीवर कोपऱ्यांमधून कमी वेगाचा प्रवाह आणि पहिल्या ब्लेडच्या आतील भागाचा जोरदार परिणाम होतो.समान स्थानासाठी SST k–ω वरून, समोच्च रेषा IDDES च्या तुलनेत तुलनेने जास्त वेग दर्शवतात कारण इतर प्रदेशांमधून कोणताही संगम प्रवाह नाही.
प्रवाह वर्तन आणि संरचनेच्या योग्य आकलनासाठी वेग वेक्टर फील्ड आणि स्ट्रीमलाइन्सची गुणात्मक समज आवश्यक आहे.प्रत्येक ब्लेड 5 सेमी रुंद आहे हे लक्षात घेता, प्रतिनिधी वेग प्रोफाइल प्रदान करण्यासाठी रूंदीमध्ये सात वेग बिंदू निवडले गेले.याव्यतिरिक्त, ब्लेडच्या पृष्ठभागाच्या वरच्या उंचीचे कार्य म्हणून वेगाच्या परिमाणाचे परिमाणात्मक आकलन प्रत्येक ब्लेडच्या पृष्ठभागावर थेट आणि 10 सेमी उंचीपर्यंत 2.5 सेंटीमीटरच्या सतत अंतरावर प्लॉटिंग करून आवश्यक आहे.अधिक माहितीसाठी आकृतीतील S1, S2 आणि S3 पहा.परिशिष्ट A. आकृती 8 प्रत्येक ब्लेड (Y = 0.0) च्या पृष्ठभागाच्या वेग वितरणाची समानता दर्शविते PIV प्रयोग आणि ANSYS-Fluent विश्लेषण IDDES आणि SST k-ω वापरून.दोन्ही संख्यात्मक मॉडेल्स फ्लोक्युलेटर ब्लेडच्या पृष्ठभागावरील प्रवाह संरचनेचे अचूकपणे अनुकरण करणे शक्य करतात.
ब्लेडच्या पृष्ठभागावर PIV, IDDES आणि SST k–ω वेग वितरण.x-अक्ष प्रत्येक शीटची रुंदी मिलिमीटरमध्ये दर्शवतो, मूळ (0 मिमी) शीटच्या डाव्या परिघाचे प्रतिनिधित्व करतो आणि शेवट (50 मिमी) शीटच्या उजव्या परिघाचे प्रतिनिधित्व करतो.
हे स्पष्टपणे दिसत आहे की ब्लेड 2 आणि 3 चे गती वितरण Fig.8 आणि Fig.8 मध्ये दर्शविले आहे.परिशिष्ट A मधील S2 आणि S3 उंचीसह समान ट्रेंड दर्शवतात, तर ब्लेड 1 स्वतंत्रपणे बदलतात.ब्लेड 2 आणि 3 चे वेग प्रोफाइल पूर्णपणे सरळ होतात आणि ब्लेडच्या टोकापासून 10 सेमी उंचीवर समान मोठेपणा असतात.याचा अर्थ या टप्प्यावर प्रवाह एकसमान होतो.हे PIV परिणामांमधून स्पष्टपणे दिसून येते, जे IDDES द्वारे चांगले पुनरुत्पादित केले आहे.दरम्यान, SST k–ω परिणाम काही फरक दर्शवतात, विशेषत: 4 rpm वर.
हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की ब्लेड 1 सर्व पोझिशन्समध्ये वेग प्रोफाइलचा समान आकार राखून ठेवतो आणि उंचीमध्ये सामान्य केला जात नाही, कारण मिक्सरच्या मध्यभागी तयार झालेल्या घुमटामध्ये सर्व हातांचा पहिला ब्लेड असतो.तसेच, IDDES च्या तुलनेत, PIV ब्लेड स्पीड प्रोफाइल 2 आणि 3 ने ब्लेडच्या पृष्ठभागाच्या 10 सेमी वर जवळजवळ समान होईपर्यंत बर्‍याच ठिकाणी किंचित उच्च गती मूल्ये दर्शविली.