316Ti સ્ટેનલેસ સ્ટીલ કોઇલ્ડ ટ્યુબ પીઆઇવી અને સીએફડી ઓછી રોટેશન સ્પીડ પર પેડલ ફ્લોક્યુલેશનના હાઇડ્રોડાયનેમિક્સનો અભ્યાસ

Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર.તમે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ સાથે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો.શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો).વધુમાં, ચાલુ સમર્થનની ખાતરી કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટ બતાવીએ છીએ.
પ્રકાર 316Ti(UNS 31635) એ ટાઇટેનિયમ સ્ટેબિલાઇઝ્ડ ઓસ્ટેનિટિક ક્રોમિયમ-નિકલ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ છે જેમાં મોલિબ્ડેનમ છે.આ ઉમેરા કાટ પ્રતિકાર વધારે છે, ક્લોરાઇડ આયન સોલ્યુશનને પિટિંગ કરવા માટે પ્રતિકાર સુધારે છે અને એલિવેટેડ તાપમાને વધેલી શક્તિ પ્રદાન કરે છે.ગુણધર્મો પ્રકાર 316 ની સમાન છે સિવાય કે 316Ti તેના ટાઇટેનિયમ ઉમેરાને કારણે એલિવેટેડ સેન્સિટાઇઝેશન તાપમાને વાપરી શકાય છે.કાટ પ્રતિકાર સુધરે છે, ખાસ કરીને સલ્ફ્યુરિક, હાઇડ્રોક્લોરિક, એસિટિક, ફોર્મિક અને ટાર્ટરિક એસિડ, એસિડ સલ્ફેટ અને આલ્કલાઇન ક્લોરાઇડ સામે.

રાસાયણિક રચના:

ગુણધર્મો: annealed:
અલ્ટીમેટ ટેન્સાઈલ સ્ટ્રેન્થ: 75 KSI મિનિટ (515 MPa મિનિટ)
યીલ્ડ સ્ટ્રેન્થ: (0.2% ઑફસેટ) 30 KSI મિનિટ (205 MPa મિનિટ)
વિસ્તરણ: 40% મિનિટ
કઠિનતા: Rb 95 મહત્તમ

સ્લાઇડર્સ સ્લાઇડ દીઠ ત્રણ લેખો દર્શાવે છે.સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે પાછળના અને આગળના બટનોનો ઉપયોગ કરો અથવા દરેક સ્લાઇડમાંથી આગળ વધવા માટે અંતે સ્લાઇડ કંટ્રોલર બટનોનો ઉપયોગ કરો.
આ અભ્યાસમાં, લેબોરેટરી સ્કેલ પેડલ ફ્લોક્યુલેટરમાં અશાંત પ્રવાહ વેગ ક્ષેત્રની પ્રાયોગિક અને સંખ્યાત્મક તપાસ દ્વારા ફ્લોક્યુલેશનના હાઇડ્રોડાયનેમિક્સનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવે છે.કણ એકત્રીકરણ અથવા ફ્લોક બ્રેકઅપને પ્રોત્સાહન આપતો અશાંત પ્રવાહ જટિલ છે અને આ પેપરમાં SST k-ω અને IDDES નામના બે ટર્બ્યુલન્સ મોડલનો ઉપયોગ કરીને તેની વિચારણા અને સરખામણી કરવામાં આવી છે.પરિણામો દર્શાવે છે કે IDDES SST k-ω પર ખૂબ જ નાનો સુધારો પૂરો પાડે છે, જે પેડલ ફ્લોક્યુલેટરની અંદર પ્રવાહનું ચોક્કસ અનુકરણ કરવા માટે પૂરતું છે.ફીટ સ્કોરનો ઉપયોગ PIV અને CFD પરિણામોના કન્વર્જન્સની તપાસ કરવા અને ઉપયોગમાં લેવાતા CFD ટર્બ્યુલન્સ મોડલના પરિણામોની સરખામણી કરવા માટે થાય છે.અભ્યાસ સ્લિપ ફેક્ટર k ને માપવા પર પણ ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, જે 0.25 ના સામાન્ય લાક્ષણિક મૂલ્યની તુલનામાં 3 અને 4 rpm ની ઓછી ઝડપે 0.18 છે.k ને 0.25 થી 0.18 સુધી ઘટાડવાથી પ્રવાહીને પહોંચાડવામાં આવતી શક્તિ લગભગ 27-30% વધે છે અને વેગ ગ્રેડિયન્ટ (G) લગભગ 14% વધે છે.આનો અર્થ એ છે કે અપેક્ષા કરતાં વધુ આંદોલન પૂરું પાડવામાં આવે છે, તેથી ઓછી ઉર્જાનો વપરાશ થાય છે અને તેથી પીવાના પાણીના શુદ્ધિકરણ પ્લાન્ટના ફ્લોક્યુલેશન યુનિટમાં ઊર્જાનો વપરાશ ઓછો હોઈ શકે છે.
જળ શુદ્ધિકરણમાં, કોગ્યુલન્ટ્સનો ઉમેરો નાના કોલોઇડલ કણો અને અશુદ્ધિઓને અસ્થિર કરે છે, જે પછી ફ્લોક્યુલેશનના તબક્કે ફ્લોક્યુલેશન બનાવવા માટે ભેગા થાય છે.ફ્લેક્સ ઢીલી રીતે બંધાયેલા ખંડિત સમૂહ છે, જે પછી સ્થાયી થઈને દૂર કરવામાં આવે છે.કણોના ગુણધર્મો અને પ્રવાહી મિશ્રણની સ્થિતિ ફ્લોક્યુલેશન અને સારવાર પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતા નક્કી કરે છે.ફ્લોક્યુલેશનને પ્રમાણમાં ટૂંકા ગાળા માટે ધીમી ગતિ અને પાણીના મોટા જથ્થાને ઉશ્કેરવા માટે ઘણી ઊર્જાની જરૂર પડે છે.
ફ્લોક્યુલેશન દરમિયાન, સમગ્ર સિસ્ટમની હાઇડ્રોડાયનેમિક્સ અને કોગ્યુલન્ટ-પાર્ટિકલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની રસાયણશાસ્ત્ર તે દર નક્કી કરે છે કે જેના પર સ્થિર કણોનું કદ વિતરણ પ્રાપ્ત થાય છે2.જ્યારે કણો અથડાય છે, ત્યારે તેઓ એકબીજાને વળગી રહે છે.Oyegbile, Ay4 એ અહેવાલ આપ્યો છે કે અથડામણ બ્રાઉનિયન પ્રસરણ, પ્રવાહી શીયર અને વિભેદક પતાવટની ફ્લોક્યુલેશન ટ્રાન્સપોર્ટ મિકેનિઝમ્સ પર આધારિત છે.જ્યારે ફ્લેક્સ અથડાય છે, ત્યારે તે વધે છે અને ચોક્કસ કદની મર્યાદા સુધી પહોંચે છે, જે તૂટવા તરફ દોરી શકે છે, કારણ કે ફ્લેક્સ હાઇડ્રોડાયનેમિક ફોર્સ5ના બળનો સામનો કરી શકતા નથી.આમાંના કેટલાક તૂટેલા ટુકડાઓ ફરીથી નાના અથવા સમાન કદમાં જોડાય છે6.જો કે, મજબૂત ફ્લેક્સ આ બળનો પ્રતિકાર કરી શકે છે અને તેમનું કદ જાળવી શકે છે અને વૃદ્ધિ પણ કરી શકે છે.યુકસેલેન અને ગ્રેગરી8 એ ફ્લેક્સના વિનાશ અને તેમની પુનર્જીવિત કરવાની ક્ષમતા સંબંધિત અભ્યાસો પર અહેવાલ આપ્યો, જે દર્શાવે છે કે અપરિવર્તનક્ષમતા મર્યાદિત છે.બ્રિજમેન, જેફરસન9 એ સ્થાનિક વેગ ગ્રેડિએન્ટ્સ દ્વારા ફ્લોક રચના અને ફ્રેગમેન્ટેશન પર સરેરાશ પ્રવાહ અને અશાંતિના સ્થાનિક પ્રભાવનો અંદાજ કાઢવા CFD નો ઉપયોગ કર્યો હતો.રોટર બ્લેડથી સજ્જ ટાંકીઓમાં, જ્યારે તેઓ કોગ્યુલેશન તબક્કામાં પૂરતા પ્રમાણમાં અસ્થિર થાય છે ત્યારે એગ્રીગેટ્સ અન્ય કણો સાથે અથડાય છે તે ઝડપમાં ફેરફાર કરવો જરૂરી છે.CFD નો ઉપયોગ કરીને અને લગભગ 15 rpm ની નીચી રોટેશન સ્પીડનો ઉપયોગ કરીને, Vadasarukkai અને Gagnon11 શંક્વાકાર પેડલ ફ્લોક્યુલેશન માટે G મૂલ્ય હાંસલ કરવામાં સક્ષમ હતા, જેનાથી આંદોલન માટે વીજ વપરાશ ઓછો થયો.જો કે, ઉચ્ચ જી મૂલ્યો પર કામગીરી ફ્લોક્યુલેશન તરફ દોરી શકે છે.તેઓએ પાયલોટ પેડલ ફ્લોક્યુલેટરના સરેરાશ વેગના ઢાળને નિર્ધારિત કરવા પર મિશ્રણ ઝડપની અસરની તપાસ કરી.તેઓ 5 આરપીએમ કરતાં વધુ ઝડપે ફરે છે.
Korpijärvi, Ahlstedt12 એ ટેન્ક ટેસ્ટ બેન્ચ પર ફ્લો ફિલ્ડનો અભ્યાસ કરવા માટે ચાર અલગ-અલગ ટર્બ્યુલન્સ મોડલનો ઉપયોગ કર્યો હતો.તેઓએ લેસર ડોપ્લર એનિમોમીટર અને પીઆઈવી વડે પ્રવાહનું ક્ષેત્ર માપ્યું અને માપેલા પરિણામો સાથે ગણતરી કરેલ પરિણામોની સરખામણી કરી.ડી ઓલિવિરા અને ડોનાડેલ13 એ CFD નો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોડાયનેમિક ગુણધર્મોમાંથી વેગ ગ્રેડિએન્ટ્સનો અંદાજ કાઢવા માટે વૈકલ્પિક પદ્ધતિનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો છે.હેલિકલ ભૂમિતિ પર આધારિત છ ફ્લોક્યુલેશન એકમો પર સૂચિત પદ્ધતિનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું.ફ્લોક્યુલન્ટ્સ પર રીટેન્શન સમયની અસરનું મૂલ્યાંકન કર્યું અને ફ્લોક્યુલેશન મોડેલનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો જેનો ઉપયોગ નીચા રીટેન્શન ટાઇમ્સ14 સાથે તર્કસંગત સેલ ડિઝાઇનને સમર્થન આપવા માટે એક સાધન તરીકે થઈ શકે છે.Zhan, You15 એ સંપૂર્ણ સ્કેલ ફ્લોક્યુલેશનમાં ફ્લો લાક્ષણિકતાઓ અને floc વર્તનનું અનુકરણ કરવા માટે સંયુક્ત CFD અને વસ્તી સંતુલન મોડેલનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો.Llano-Serna, Coral-Portillo16 એ કોલમ્બિયાના વિટર્બોમાં વોટર ટ્રીટમેન્ટ પ્લાન્ટમાં કોક્સ-પ્રકારના હાઇડ્રોફ્લોક્યુલેટરની ફ્લો લાક્ષણિકતાઓની તપાસ કરી.CFD ના ફાયદા હોવા છતાં, ગણતરીમાં સંખ્યાત્મક ભૂલો જેવી મર્યાદાઓ પણ છે.તેથી, નિર્ણાયક તારણો કાઢવા માટે પ્રાપ્ત થયેલ કોઈપણ સંખ્યાત્મક પરિણામોની કાળજીપૂર્વક તપાસ અને વિશ્લેષણ કરવું જોઈએ17.હોરીઝોન્ટલ બેફલ ફ્લોક્યુલેટરની ડિઝાઇન પરના સાહિત્યમાં થોડા અભ્યાસો છે, જ્યારે હાઇડ્રોડાયનેમિક ફ્લોક્યુલેટરની ડિઝાઇન માટેની ભલામણો મર્યાદિત છે18.ચેન, Liao19 એ વ્યક્તિગત કણોમાંથી છૂટાછવાયા પ્રકાશના ધ્રુવીકરણની સ્થિતિને માપવા માટે ધ્રુવીકૃત પ્રકાશના સ્કેટરિંગ પર આધારિત પ્રાયોગિક સેટઅપનો ઉપયોગ કર્યો.ફેંગ, ઝાંગ20 એ એડી પ્રવાહોના વિતરણનું અનુકરણ કરવા અને કોગ્યુલેટેડ પ્લેટ ફ્લોક્યુલેટર અને આંતર-લહેરિયું ફ્લોક્યુલેટરના પ્રવાહ ક્ષેત્રમાં ઘૂમવા માટે Ansys-Fluent નો ઉપયોગ કર્યો.Ansys-Fluent નો ઉપયોગ કરીને ફ્લોક્યુલેટરમાં અશાંત પ્રવાહી પ્રવાહનું અનુકરણ કર્યા પછી, Gavi21 એ ફ્લોક્યુલેટર ડિઝાઇન કરવા માટે પરિણામોનો ઉપયોગ કર્યો.વેનેલી અને ટેઇક્સેઇરા22એ અહેવાલ આપ્યો છે કે સર્પાકાર ટ્યુબ ફ્લોક્યુલેટરની પ્રવાહી ગતિશીલતા અને ફ્લોક્યુલેશન પ્રક્રિયા વચ્ચેનો સંબંધ હજુ પણ તર્કસંગત ડિઝાઇનને ટેકો આપવા માટે નબળી રીતે સમજી શકાયો છે.ડી ઓલિવેરા અને કોસ્ટા ટેકસીરા23 એ કાર્યક્ષમતાનો અભ્યાસ કર્યો અને ભૌતિકશાસ્ત્રના પ્રયોગો અને CFD સિમ્યુલેશન દ્વારા સર્પાકાર ટ્યુબ ફ્લોક્યુલેટરના હાઇડ્રોડાયનેમિક ગુણધર્મો દર્શાવ્યા.ઘણા સંશોધકોએ કોઇલ્ડ ટ્યુબ રિએક્ટર અથવા કોઇલ્ડ ટ્યુબ ફ્લોક્યુલેટરનો અભ્યાસ કર્યો છે.જો કે, વિવિધ ડિઝાઇન અને ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓ માટે આ રિએક્ટરના પ્રતિભાવ પર વિગતવાર હાઇડ્રોડાયનેમિક માહિતી હજુ પણ અભાવ છે (સર્ટોરી, ઓલિવિરા 24; ઓલિવિરા, ટેઇક્સેઇરા25).ઓલિવેરા અને ટેકસીરા26 સર્પાકાર ફ્લોક્યુલેટરના સૈદ્ધાંતિક, પ્રાયોગિક અને CFD સિમ્યુલેશનમાંથી મૂળ પરિણામો રજૂ કરે છે.ઓલિવિરા અને ટેઇક્સેઇરા27 એ પરંપરાગત ડિકેન્ટર સિસ્ટમ સાથે સંયોજનમાં કોગ્યુલેશન-ફ્લોક્યુલેશન રિએક્ટર તરીકે સર્પાકાર કોઇલનો ઉપયોગ કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો.તેઓ અહેવાલ આપે છે કે ટર્બિડિટી દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા માટે મેળવેલા પરિણામો ફ્લોક્યુલેશનનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા મોડેલોથી મેળવેલા પરિણામો કરતાં નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે, આવા મોડેલોનો ઉપયોગ કરતી વખતે સાવચેતીનું સૂચન કરે છે.મોરુઝી અને ડી ઓલિવીરા [28] એ વિવિધ ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ સતત ફ્લોક્યુલેશન ચેમ્બરની સિસ્ટમની વર્તણૂકનું મોડેલિંગ કર્યું, જેમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ચેમ્બરની સંખ્યામાં ભિન્નતા અને ફિક્સ્ડ અથવા સ્કેલ્ડ સેલ વેલોસિટી ગ્રેડિએન્ટ્સનો ઉપયોગ સામેલ છે.રોમ્ફોફેક, લે મેન29 પીઆઈવી અર્ધ-દ્વિ-પરિમાણીય જેટ ક્લીનર્સમાં તાત્કાલિક વેગના માપન.તેમને ફ્લોક્યુલેશન ઝોનમાં મજબૂત જેટ-પ્રેરિત પરિભ્રમણ અને અંદાજિત સ્થાનિક અને તાત્કાલિક શીયર રેટ મળ્યાં.
શાહ, જોશી30 અહેવાલ આપે છે કે CFD ડિઝાઇનમાં સુધારો કરવા અને વર્ચ્યુઅલ ફ્લો લાક્ષણિકતાઓ મેળવવા માટે એક રસપ્રદ વિકલ્પ પ્રદાન કરે છે.આ વ્યાપક પ્રાયોગિક સેટઅપ્સને ટાળવામાં મદદ કરે છે.CFD નો ઉપયોગ પાણી અને ગંદાપાણીના શુદ્ધિકરણ પ્લાન્ટ્સ (મેલો, ફ્રીરે31; અલાલ્મ, નાસર32; બ્રિજમેન, જેફરસન9; સમરસ, ઝૌબૌલિસ33; વાંગ, વુ34; ઝાંગ, તેજાડા-માર્ટિનેઝ35)નું વિશ્લેષણ કરવા માટે થઈ રહ્યો છે.કેટલાક તપાસકર્તાઓએ કેન ટેસ્ટ સાધનો (બ્રિજમેન, જેફરસન36; બ્રિજમેન, જેફરસન5; જાર્વિસ, જેફરસન6; વાંગ, વુ34) અને છિદ્રિત ડિસ્ક ફ્લોક્યુલેટર31 પર પ્રયોગો કર્યા છે.અન્ય લોકોએ CFD નો ઉપયોગ હાઇડ્રોફ્લોક્યુલેટર (બ્રિજમેન, જેફરસન5; વડસારુક્કાઇ, ગેગનન37)નું મૂલ્યાંકન કરવા માટે કર્યો છે.Ghawi21એ અહેવાલ આપ્યો કે યાંત્રિક ફ્લોક્યુલેટર્સને નિયમિત જાળવણીની જરૂર પડે છે કારણ કે તે ઘણીવાર તૂટી જાય છે અને ઘણી વીજળીની જરૂર પડે છે.
પેડલ ફ્લોક્યુલેટરનું પ્રદર્શન જળાશયના હાઇડ્રોડાયનેમિક્સ પર ખૂબ નિર્ભર છે.આવા ફ્લોક્યુલેટરમાં પ્રવાહ વેગના ક્ષેત્રોની જથ્થાત્મક સમજણનો અભાવ સાહિત્યમાં સ્પષ્ટપણે નોંધવામાં આવ્યો છે (હોવે, હેન્ડ38; હેન્ડ્રીક્સ39).સમગ્ર જળ સમૂહ ફ્લોક્યુલેટર ઇમ્પેલરની હિલચાલને આધીન છે, તેથી સ્લિપેજ અપેક્ષિત છે.સામાન્ય રીતે, સ્લિપ ફેક્ટર k દ્વારા પ્રવાહીનો વેગ બ્લેડ વેગ કરતા ઓછો હોય છે, જે પેડલ વ્હીલના વેગ અને પાણીના શરીરના વેગના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.Bhole40 એ અહેવાલ આપ્યો છે કે ફ્લોક્યુલેટર ડિઝાઇન કરતી વખતે ધ્યાનમાં લેવાના ત્રણ અજાણ્યા પરિબળો છે, જેમ કે વેગ ગ્રેડિયન્ટ, ડ્રેગ ગુણાંક અને બ્લેડને સંબંધિત પાણીનો સંબંધિત વેગ.
Camp41 અહેવાલ આપે છે કે જ્યારે હાઇ સ્પીડ મશીનોને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે, ત્યારે સ્પીડ રોટર સ્પીડના લગભગ 24% અને ઓછી સ્પીડ મશીનો માટે 32% જેટલી ઊંચી હોય છે.સેપ્ટાની ગેરહાજરીમાં, ડ્રોસ્ટે અને ગેર42 એ 0.25 ની ak કિંમતનો ઉપયોગ કર્યો હતો, જ્યારે સેપ્ટાના કિસ્સામાં, k 0 થી 0.15 સુધીનો હતો.જો કે, Hand38 સૂચવે છે કે k 0.2 થી 0.3 ની રેન્જમાં છે.હેન્ડ્રીક્સ 39 એ પ્રયોગમૂલક સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને સ્લિપ ફેક્ટરને રોટેશનલ સ્પીડ સાથે સંબંધિત કર્યું અને તારણ કાઢ્યું કે સ્લિપ ફેક્ટર પણ Camp41 દ્વારા સ્થાપિત રેન્જમાં હતું.Bratby43 એ અહેવાલ આપ્યો છે કે k 1.8 થી 5.4 rpm સુધીની ઇમ્પેલર ઝડપ માટે લગભગ 0.2 છે અને 0.9 થી 3 rpm સુધી ઇમ્પેલર ઝડપ માટે 0.35 સુધી વધે છે.અન્ય સંશોધકો 1.0 થી 1.8 સુધીના ડ્રેગ ગુણાંક (Cd) મૂલ્યોની વિશાળ શ્રેણી અને સ્લિપ ગુણાંક k મૂલ્યો 0.25 થી 0.40 (Feir અને Geyer44; Hyde and Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren and Marbis47; અને બ્રાઇટ 48) નો અહેવાલ આપે છે. ).કેમ્પ 41ના કાર્યથી k ને વ્યાખ્યાયિત કરવા અને તેનું પ્રમાણ નક્કી કરવામાં સાહિત્ય નોંધપાત્ર પ્રગતિ દર્શાવતું નથી.
ફ્લોક્યુલેશન પ્રક્રિયા અથડામણને સરળ બનાવવા માટે અશાંતિ પર આધારિત છે, જ્યાં વેગ ગ્રેડિયન્ટ (G) નો ઉપયોગ અશાંતિ/ફ્લોક્યુલેશનને માપવા માટે થાય છે.મિશ્રણ એ પાણીમાં રસાયણોને ઝડપથી અને સમાનરૂપે વિખેરવાની પ્રક્રિયા છે.મિશ્રણની ડિગ્રી વેગ ગ્રેડિયન્ટ દ્વારા માપવામાં આવે છે:
જ્યાં G = વેગ ઢાળ (sec-1), P = પાવર ઇનપુટ (W), V = પાણીનું પ્રમાણ (m3), μ = ગતિશીલ સ્નિગ્ધતા (Pa s).
G મૂલ્ય જેટલું ઊંચું છે, તેટલું વધુ મિશ્ર.એકસમાન કોગ્યુલેશન સુનિશ્ચિત કરવા માટે સંપૂર્ણ મિશ્રણ આવશ્યક છે.સાહિત્ય સૂચવે છે કે સૌથી મહત્વપૂર્ણ ડિઝાઇન પરિમાણો મિશ્રણ સમય (t) અને વેગ ઢાળ (G) છે.ફ્લોક્યુલેશન પ્રક્રિયા અથડામણને સરળ બનાવવા માટે અશાંતિ પર આધારિત છે, જ્યાં વેગ ગ્રેડિયન્ટ (G) નો ઉપયોગ અશાંતિ/ફ્લોક્યુલેશનને માપવા માટે થાય છે.G માટે લાક્ષણિક ડિઝાઇન મૂલ્યો 20 થી 70 s–1 છે, t 15 થી 30 મિનિટ છે, અને Gt (પરિમાણહીન) 104 થી 105 છે. ફાસ્ટ મિક્સ ટાંકી 700 થી 1000 ના G મૂલ્યો સાથે શ્રેષ્ઠ કાર્ય કરે છે, સમય સાથે લગભગ 2 મિનિટ.
જ્યાં P એ દરેક ફ્લોક્યુલેટર બ્લેડ દ્વારા પ્રવાહીને આપવામાં આવતી શક્તિ છે, N એ પરિભ્રમણ ગતિ છે, b એ બ્લેડની લંબાઈ છે, ρ એ પાણીની ઘનતા છે, r એ ત્રિજ્યા છે અને k એ સ્લિપ ગુણાંક છે.આ સમીકરણ દરેક બ્લેડ પર વ્યક્તિગત રીતે લાગુ કરવામાં આવે છે અને ફ્લોક્યુલેટરના કુલ પાવર ઇનપુટ આપવા માટે પરિણામોનો સરવાળો કરવામાં આવે છે.આ સમીકરણનો કાળજીપૂર્વકનો અભ્યાસ પેડલ ફ્લોક્યુલેટરની ડિઝાઇન પ્રક્રિયામાં સ્લિપ ફેક્ટર k નું મહત્વ દર્શાવે છે.સાહિત્ય k નું ચોક્કસ મૂલ્ય જણાવતું નથી, પરંતુ તેના બદલે અગાઉ જણાવ્યા મુજબ શ્રેણીની ભલામણ કરે છે.જો કે, પાવર P અને સ્લિપ ગુણાંક k વચ્ચેનો સંબંધ ઘન છે.આમ, જો કે તમામ પરિમાણો સમાન હોય, ઉદાહરણ તરીકે, k ને 0.25 થી 0.3 સુધી બદલવાથી બ્લેડ દીઠ પ્રવાહીમાં પ્રસારિત થતી શક્તિમાં લગભગ 20% જેટલો ઘટાડો થશે, અને k ને 0.25 થી 0.18 સુધી ઘટાડવાથી તેણીમાં વધારો થશે.વેન દીઠ આશરે 27-30% દ્વારા પ્રવાહીને આપવામાં આવતી શક્તિ.આખરે, ટકાઉ પેડલ ફ્લોક્યુલેટર ડિઝાઇન પર k ની અસર તકનીકી પ્રમાણીકરણ દ્વારા તપાસ કરવાની જરૂર છે.
સ્લિપેજના ચોક્કસ પ્રયોગમૂલક પરિમાણ માટે પ્રવાહ વિઝ્યુલાઇઝેશન અને સિમ્યુલેશનની જરૂર છે.તેથી, બ્લેડની વિવિધ સ્થિતિઓની અસરનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, શાફ્ટથી જુદા જુદા રેડિયલ અંતરે અને પાણીની સપાટીથી જુદી જુદી ઊંડાઈએ ચોક્કસ રોટેશનલ ગતિએ પાણીમાં બ્લેડની સ્પર્શક ગતિનું વર્ણન કરવું મહત્વપૂર્ણ છે.
આ અભ્યાસમાં, લેબોરેટરી સ્કેલ પેડલ ફ્લોક્યુલેટરમાં અશાંત પ્રવાહ વેગ ક્ષેત્રની પ્રાયોગિક અને સંખ્યાત્મક તપાસ દ્વારા ફ્લોક્યુલેશનના હાઇડ્રોડાયનેમિક્સનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવે છે.પીઆઈવી માપન ફ્લોક્યુલેટર પર રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે, જે સમય-સરેરાશ વેગના રૂપરેખા બનાવે છે જે પાંદડાની આસપાસ પાણીના કણોનો વેગ દર્શાવે છે.વધુમાં, ANSYS-Fluent CFD નો ઉપયોગ ફ્લોક્યુલેટરની અંદર ફરતા પ્રવાહનું અનુકરણ કરવા અને સમય-સરેરાશ વેગના રૂપરેખા બનાવવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.PIV અને CFD પરિણામો વચ્ચેના પત્રવ્યવહારનું મૂલ્યાંકન કરીને પરિણામી CFD મોડેલની પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી.આ કાર્યનું ધ્યાન સ્લિપ ગુણાંક k ને માપવા પર છે, જે પેડલ ફ્લોક્યુલેટરનું પરિમાણ રહિત ડિઝાઇન પરિમાણ છે.અહીં પ્રસ્તુત કાર્ય 3 rpm અને 4 rpm ની ઓછી ઝડપે સ્લિપ ગુણાંક k ને માપવા માટે નવો આધાર પૂરો પાડે છે.પરિણામોની અસરો ફ્લોક્યુલેશન ટાંકીના હાઇડ્રોડાયનેમિક્સની સારી સમજણમાં સીધો ફાળો આપે છે.
લેબોરેટરી ફ્લોક્યુલેટરમાં 147 સે.મી.ની એકંદર ઊંચાઈ, 39 સે.મી.ની ઊંચાઈ, 118 સે.મી.ની એકંદર પહોળાઈ અને 138 સે.મી. (ફિગ. 1) ની એકંદર લંબાઈ સાથે ઓપન-ટોપ લંબચોરસ બૉક્સનો સમાવેશ થાય છે.Camp49 દ્વારા વિકસિત મુખ્ય ડિઝાઇન માપદંડોનો ઉપયોગ પ્રયોગશાળા સ્કેલ પેડલ ફ્લોક્યુલેટર ડિઝાઇન કરવા અને પરિમાણીય વિશ્લેષણના સિદ્ધાંતોને લાગુ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.પ્રાયોગિક સુવિધા લેબનીઝ અમેરિકન યુનિવર્સિટી (બાયબ્લોસ, લેબનોન) ની પર્યાવરણીય એન્જિનિયરિંગ લેબોરેટરીમાં બનાવવામાં આવી હતી.
આડી ધરી તળિયેથી 60 સે.મી.ની ઊંચાઈ પર સ્થિત છે અને તેમાં બે પેડલ વ્હીલ્સ સમાવિષ્ટ છે.દરેક પેડલ વ્હીલમાં કુલ 12 પેડલ માટે દરેક પેડલ પર 3 પેડલ સાથે 4 પેડલ હોય છે.ફ્લોક્યુલેશન માટે 2 થી 6 આરપીએમની ઓછી ઝડપે હળવા આંદોલનની જરૂર છે.ફ્લોક્યુલેટરમાં સૌથી સામાન્ય મિશ્રણ ઝડપ 3 rpm અને 4 rpm છે.લેબોરેટરી સ્કેલ ફ્લોક્યુલેટર ફ્લો પીવાના પાણીના શુદ્ધિકરણ પ્લાન્ટના ફ્લોક્યુલેશન ટાંકીના કમ્પાર્ટમેન્ટમાં પ્રવાહનું પ્રતિનિધિત્વ કરવા માટે રચાયેલ છે.પાવરની ગણતરી પરંપરાગત સમીકરણ 42 નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે.બંને રોટેશન સ્પીડ માટે, સ્પીડ ગ્રેડિયન્ટ \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) 10 કરતાં વધારે છે \({\text{sec}}^{-{1}}\) , રેનોલ્ડ્સ નંબર અશાંત પ્રવાહ સૂચવે છે (કોષ્ટક 1).
PIV નો ઉપયોગ ખૂબ જ મોટી સંખ્યામાં પોઈન્ટ 50 પર એકસાથે પ્રવાહી વેગ વેક્ટરના ચોક્કસ અને માત્રાત્મક માપને પ્રાપ્ત કરવા માટે થાય છે.પ્રાયોગિક સેટઅપમાં લેબ-સ્કેલ પેડલ ફ્લોક્યુલેટર, એક LaVision PIV સિસ્ટમ (2017), અને Arduino બાહ્ય લેસર સેન્સર ટ્રિગરનો સમાવેશ થાય છે.સમય-સરેરાશ વેગ પ્રોફાઇલ્સ બનાવવા માટે, PIV છબીઓ એ જ સ્થાન પર ક્રમિક રીતે રેકોર્ડ કરવામાં આવી હતી.PIV સિસ્ટમને એવી રીતે માપાંકિત કરવામાં આવે છે કે લક્ષ્ય વિસ્તાર ચોક્કસ ચપ્પુ હાથના ત્રણ બ્લેડમાંથી દરેકની લંબાઈના મધ્યબિંદુ પર હોય.બાહ્ય ટ્રિગરમાં ફ્લોક્યુલેટરની પહોળાઈની એક બાજુ પર સ્થિત લેસર અને બીજી બાજુ સેન્સર રીસીવરનો સમાવેશ થાય છે.દરેક વખતે જ્યારે ફ્લોક્યુલેટર આર્મ લેસર પાથને અવરોધે છે, ત્યારે PIV સિસ્ટમને PIV લેસર અને પ્રોગ્રામેબલ ટાઇમિંગ યુનિટ સાથે સમન્વયિત કૅમેરા સાથેની છબી મેળવવા માટે સિગ્નલ મોકલવામાં આવે છે.અંજીર પર.2 PIV સિસ્ટમની સ્થાપના અને ઇમેજ એક્વિઝિશન પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.
પ્રવાહને સામાન્ય બનાવવા અને સમાન રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ ફીલ્ડને ધ્યાનમાં લેવા માટે ફ્લોક્યુલેટર 5-10 મિનિટ સુધી ચલાવવામાં આવ્યા પછી PIV નું રેકોર્ડિંગ શરૂ કરવામાં આવ્યું હતું.ફ્લોક્યુલેટરમાં ડૂબેલી કેલિબ્રેશન પ્લેટનો ઉપયોગ કરીને અને રુચિના બ્લેડની લંબાઇના મધ્યબિંદુ પર મુકીને કેલિબ્રેશન પ્રાપ્ત થાય છે.કેલિબ્રેશન પ્લેટની ઉપર સીધી ફ્લેટ લાઇટ શીટ બનાવવા માટે PIV લેસરની સ્થિતિને સમાયોજિત કરો.દરેક બ્લેડની દરેક પરિભ્રમણ ગતિ માટે માપેલ મૂલ્યો રેકોર્ડ કરો અને પ્રયોગ માટે પસંદ કરેલ પરિભ્રમણ ગતિ 3 rpm અને 4 rpm છે.
તમામ PIV ​​રેકોર્ડિંગ માટે, બે લેસર પલ્સ વચ્ચેનો સમય અંતરાલ 6900 થી 7700 µs સુધીની રેન્જમાં સેટ કરવામાં આવ્યો હતો, જેણે 5 પિક્સેલના લઘુત્તમ કણોના વિસ્થાપનને મંજૂરી આપી હતી.ચોક્કસ સમય-સરેરાશ માપન મેળવવા માટે જરૂરી છબીઓની સંખ્યા પર પાયલોટ પરીક્ષણો હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા.વેક્ટર આંકડાઓની સરખામણી 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240 અને 280 છબીઓ ધરાવતા નમૂનાઓ માટે કરવામાં આવી હતી.240 છબીઓના નમૂનાનું કદ સ્થિર સમય-સરેરાશ પરિણામો આપે છે તે જોતાં દરેક ઇમેજ બે ફ્રેમ્સ ધરાવે છે.
ફ્લોક્યુલેટરમાં પ્રવાહ તોફાની હોવાથી, નાની અશાંત રચનાઓને ઉકેલવા માટે નાની પૂછપરછ વિંડો અને મોટી સંખ્યામાં કણોની જરૂર પડે છે.ચોકસાઈને સુનિશ્ચિત કરવા માટે ક્રોસ-કોરિલેશન અલ્ગોરિધમ સાથે કદ ઘટાડવાના કેટલાક પુનરાવર્તનો લાગુ કરવામાં આવે છે.50% ઓવરલેપ અને એક અનુકૂલન પ્રક્રિયા સાથે 48×48 પિક્સેલની પ્રારંભિક મતદાન વિન્ડો કદ અને 100% ઓવરલેપ અને બે અનુકૂલન પ્રક્રિયાઓ સાથે 32×32 પિક્સેલ્સની અંતિમ મતદાન વિન્ડો સાઇઝ દ્વારા અનુસરવામાં આવી હતી.વધુમાં, પ્રવાહમાં બીજના કણો તરીકે કાચના હોલો ગોળાઓનો ઉપયોગ થતો હતો, જે મતદાન વિન્ડો દીઠ ઓછામાં ઓછા 10 કણોને મંજૂરી આપે છે.PIV રેકોર્ડિંગ પ્રોગ્રામેબલ ટાઈમિંગ યુનિટ (PTU) ની અંદર ટ્રિગર સોર્સ દ્વારા શરૂ કરવામાં આવે છે, જે લેસર સ્ત્રોત અને કેમેરાને ઓપરેટ કરવા અને સિંક્રનાઇઝ કરવા માટે જવાબદાર છે.
વ્યાપારી CFD પેકેજ ANSYS Fluent v 19.1 નો ઉપયોગ 3D મોડલ વિકસાવવા અને મૂળભૂત પ્રવાહ સમીકરણોને ઉકેલવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.
ANSYS-Fluent નો ઉપયોગ કરીને, પ્રયોગશાળા-સ્કેલ પેડલ ફ્લોક્યુલેટરનું 3D મોડેલ બનાવવામાં આવ્યું હતું.આ મૉડલ લંબચોરસ બૉક્સના રૂપમાં બનાવવામાં આવે છે, જેમાં પ્રયોગશાળાના મૉડલની જેમ આડી અક્ષ પર બે પૅડલ વ્હીલ્સ લગાવેલા હોય છે.ફ્રીબોર્ડ વિનાનું મોડેલ 108 સેમી ઉંચુ, 118 સેમી પહોળું અને 138 સેમી લાંબુ છે.મિક્સરની આસપાસ એક આડું નળાકાર પ્લેન ઉમેરવામાં આવ્યું છે.નળાકાર પ્લેન જનરેશનએ ઇન્સ્ટોલેશન તબક્કા દરમિયાન સમગ્ર મિક્સરના પરિભ્રમણને અમલમાં મૂકવું જોઈએ અને ફિગ. 3a માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ફ્લોક્યુલેટરની અંદર ફરતા પ્રવાહ ક્ષેત્રનું અનુકરણ કરવું જોઈએ.
3D ANSYS-અસ્ખલિત અને મોડેલ ભૂમિતિ ડાયાગ્રામ, ANSYS-અસ્ખલિત ફ્લોક્યુલેટર બોડી મેશ રુચિના પ્લેન પર, ANSYS-અસ્ખલિત ડાયાગ્રામ રુચિના પ્લેન પર.
મોડેલ ભૂમિતિમાં બે પ્રદેશોનો સમાવેશ થાય છે, જેમાંથી દરેક એક પ્રવાહી છે.આ તાર્કિક બાદબાકી કાર્યનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે.પ્રથમ પ્રવાહીને રજૂ કરવા માટે બોક્સમાંથી સિલિન્ડર (મિક્સર સહિત) બાદ કરો.પછી સિલિન્ડરમાંથી મિક્સરને બાદ કરો, પરિણામે બે વસ્તુઓ: મિક્સર અને પ્રવાહી.છેલ્લે, બે ક્ષેત્રો વચ્ચે સ્લાઇડિંગ ઇન્ટરફેસ લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું: એક સિલિન્ડર-સિલિન્ડર ઇન્ટરફેસ અને સિલિન્ડર-મિક્સર ઇન્ટરફેસ (ફિગ. 3a).
સંખ્યાત્મક સિમ્યુલેશન ચલાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ટર્બ્યુલન્સ મોડલ્સની જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે બાંધવામાં આવેલા મોડલ્સનું મેશિંગ પૂર્ણ કરવામાં આવ્યું છે.નક્કર સપાટીની નજીક વિસ્તૃત સ્તરો સાથે એક અસંરચિત જાળીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.જટિલ ફ્લો પેટર્ન કેપ્ચર થાય છે તેની ખાતરી કરવા માટે 1.2 ના વૃદ્ધિ દર સાથે તમામ દિવાલો માટે વિસ્તરણ સ્તરો બનાવો, તેની ખાતરી કરવા માટે પ્રથમ સ્તરની જાડાઈ \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m છે. ( {\text {y))^{+}\le 1.0\).ટેટ્રાહેડ્રોન ફિટિંગ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને શરીરનું કદ ગોઠવવામાં આવે છે.2.5 × \({10}^{-3}\) m ના ઘટક કદ સાથે બે ઇન્ટરફેસની આગળની બાજુનું કદ બનાવવામાં આવે છે, અને 9 × \({10}^{-3}\ ) નું મિક્સર આગળનું કદ બનાવવામાં આવે છે. m લાગુ પડે છે.પ્રારંભિક જનરેટેડ મેશમાં 2144409 તત્વોનો સમાવેશ થાય છે (ફિગ. 3b).
બે-પેરામીટર k–ε ટર્બ્યુલન્સ મોડલ પ્રારંભિક બેઝ મોડલ તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું.ફ્લોક્યુલેટરની અંદર ફરતા પ્રવાહનું સચોટ અનુકરણ કરવા માટે, વધુ ગણતરીત્મક રીતે ખર્ચાળ મોડલ પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું.ફ્લોક્યુલેટરની અંદરના તોફાની વહેતા પ્રવાહની સંખ્યાત્મક રીતે બે CFD મોડલ્સનો ઉપયોગ કરીને તપાસ કરવામાં આવી હતી: SST k–ω51 અને IDDES52.બંને મોડલના પરિણામોની સરખામણી મોડલ્સને માન્ય કરવા માટે પ્રાયોગિક PIV પરિણામો સાથે કરવામાં આવી હતી.પ્રથમ, SST k-ω ટર્બ્યુલન્સ મોડેલ એ પ્રવાહી ગતિશીલતા એપ્લિકેશન માટે બે-સમીકરણ ટર્બ્યુલન્ટ સ્નિગ્ધતા મોડેલ છે.આ વિલ્કોક્સ k-ω અને k-ε મોડલને સંયોજિત કરતું હાઇબ્રિડ મોડલ છે.મિશ્રણ કાર્ય દિવાલની નજીકના વિલ્કોક્સ મોડલ અને આવનારા પ્રવાહમાં k-ε મોડલને સક્રિય કરે છે.આ સુનિશ્ચિત કરે છે કે યોગ્ય મોડેલનો ઉપયોગ સમગ્ર પ્રવાહ ક્ષેત્રમાં થાય છે.તે પ્રતિકૂળ દબાણના ઢાળને કારણે પ્રવાહના વિભાજનની ચોક્કસ આગાહી કરે છે.બીજું, SST k-ω RANS (રેનોલ્ડ્સ-એવરેજ નેવિઅર-સ્ટોક્સ) મોડેલ સાથે વ્યક્તિગત એડી સિમ્યુલેશન (DES) મોડેલમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી એડવાન્સ્ડ ડિફર્ડ એડી સિમ્યુલેશન (IDDES) પદ્ધતિ પસંદ કરવામાં આવી હતી.IDDES એ હાઇબ્રિડ RANS-LES (મોટા એડી સિમ્યુલેશન) મોડેલ છે જે વધુ લવચીક અને વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ રિઝોલ્યુશન સ્કેલિંગ (SRS) સિમ્યુલેશન મોડલ પ્રદાન કરે છે.તે મોટી એડીઝને ઉકેલવા માટે LES મોડલ પર આધારિત છે અને નાના સ્કેલ એડીઝનું અનુકરણ કરવા માટે SST k-ω પર પાછા ફરે છે.મોડેલને માન્ય કરવા માટે SST k–ω અને IDDES સિમ્યુલેશનના પરિણામોના આંકડાકીય વિશ્લેષણોની સરખામણી PIV પરિણામો સાથે કરવામાં આવી હતી.
બે-પેરામીટર k–ε ટર્બ્યુલન્સ મોડલ પ્રારંભિક બેઝ મોડલ તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું.ફ્લોક્યુલેટરની અંદર ફરતા પ્રવાહનું સચોટ અનુકરણ કરવા માટે, વધુ ગણતરીત્મક રીતે ખર્ચાળ મોડલ પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું.ફ્લોક્યુલેટરની અંદરના તોફાની વહેતા પ્રવાહની સંખ્યાત્મક રીતે બે CFD મોડલ્સનો ઉપયોગ કરીને તપાસ કરવામાં આવી હતી: SST k–ω51 અને IDDES52.બંને મોડલના પરિણામોની સરખામણી મોડલ્સને માન્ય કરવા માટે પ્રાયોગિક PIV પરિણામો સાથે કરવામાં આવી હતી.પ્રથમ, SST k-ω ટર્બ્યુલન્સ મોડેલ એ પ્રવાહી ગતિશીલતા એપ્લિકેશન માટે બે-સમીકરણ ટર્બ્યુલન્ટ સ્નિગ્ધતા મોડેલ છે.આ વિલ્કોક્સ k-ω અને k-ε મોડલને સંયોજિત કરતું હાઇબ્રિડ મોડલ છે.મિશ્રણ કાર્ય દિવાલની નજીકના વિલ્કોક્સ મોડલ અને આવનારા પ્રવાહમાં k-ε મોડલને સક્રિય કરે છે.આ સુનિશ્ચિત કરે છે કે યોગ્ય મોડેલનો ઉપયોગ સમગ્ર પ્રવાહ ક્ષેત્રમાં થાય છે.તે પ્રતિકૂળ દબાણના ઢાળને કારણે પ્રવાહના વિભાજનની ચોક્કસ આગાહી કરે છે.બીજું, SST k-ω RANS (રેનોલ્ડ્સ-એવરેજ નેવિઅર-સ્ટોક્સ) મોડેલ સાથે વ્યક્તિગત એડી સિમ્યુલેશન (DES) મોડેલમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી એડવાન્સ્ડ ડિફર્ડ એડી સિમ્યુલેશન (IDDES) પદ્ધતિ પસંદ કરવામાં આવી હતી.IDDES એ હાઇબ્રિડ RANS-LES (મોટા એડી સિમ્યુલેશન) મોડેલ છે જે વધુ લવચીક અને વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ રિઝોલ્યુશન સ્કેલિંગ (SRS) સિમ્યુલેશન મોડલ પ્રદાન કરે છે.તે મોટી એડીઝને ઉકેલવા માટે LES મોડલ પર આધારિત છે અને નાના સ્કેલ એડીઝનું અનુકરણ કરવા માટે SST k-ω પર પાછા ફરે છે.મોડેલને માન્ય કરવા માટે SST k–ω અને IDDES સિમ્યુલેશનના પરિણામોના આંકડાકીય વિશ્લેષણોની સરખામણી PIV પરિણામો સાથે કરવામાં આવી હતી.
દબાણ-આધારિત ક્ષણિક સોલ્વરનો ઉપયોગ કરો અને Y દિશામાં ગુરુત્વાકર્ષણનો ઉપયોગ કરો.પરિભ્રમણ મિક્સરને જાળીદાર ગતિ સોંપીને પ્રાપ્ત થાય છે, જ્યાં પરિભ્રમણ અક્ષની ઉત્પત્તિ આડી અક્ષના કેન્દ્રમાં હોય છે અને પરિભ્રમણ અક્ષની દિશા Z દિશામાં હોય છે.એક જાળીદાર ઈન્ટરફેસ બંને મોડલ ભૂમિતિ ઈન્ટરફેસ માટે બનાવવામાં આવે છે, જેના પરિણામે બે બાઉન્ડિંગ બોક્સ કિનારીઓ આવે છે.પ્રાયોગિક તકનીકની જેમ, પરિભ્રમણ ગતિ 3 અને 4 ક્રાંતિને અનુરૂપ છે.
મિક્સર અને ફ્લોક્યુલેટરની દિવાલો માટેની સીમાની સ્થિતિ દિવાલ દ્વારા સેટ કરવામાં આવી હતી, અને ફ્લોક્યુલેટરનું ટોચનું ઓપનિંગ શૂન્ય ગેજ દબાણ (ફિગ. 3c) સાથે આઉટલેટ દ્વારા સેટ કરવામાં આવ્યું હતું.સરળ દબાણ-વેગ સંચાર યોજના, ઓછામાં ઓછા ચોરસ તત્વો પર આધારિત તમામ પરિમાણો સાથે બીજા ક્રમના કાર્યોની ઢાળવાળી જગ્યાનું વિવેકીકરણ.તમામ ફ્લો વેરિયેબલ્સ માટે કન્વર્જન્સ માપદંડ સ્કેલ કરેલ શેષ 1 x \({10}^{-3}\) છે.ટાઈમ સ્ટેપ દીઠ પુનરાવર્તનની મહત્તમ સંખ્યા 20 છે અને સમય સ્ટેપનું કદ 0.5°ના પરિભ્રમણને અનુરૂપ છે.સોલ્યુશન SST k–ω મોડેલ માટે 8મી પુનરાવૃત્તિ પર અને IDDES નો ઉપયોગ કરીને 12મી પુનરાવૃત્તિ પર એકરૂપ થાય છે.વધુમાં, સમયના પગલાઓની સંખ્યાની ગણતરી કરવામાં આવી હતી જેથી મિક્સર ઓછામાં ઓછા 12 ક્રાંતિ કરે.3 પરિભ્રમણ પછી સમયના આંકડા માટે ડેટા સેમ્પલિંગ લાગુ કરો, જે પ્રાયોગિક પ્રક્રિયાની જેમ પ્રવાહને સામાન્ય બનાવવાની મંજૂરી આપે છે.દરેક ક્રાંતિ માટે સ્પીડ લૂપ્સના આઉટપુટની સરખામણી કરવાથી છેલ્લી ચાર ક્રાંતિ માટે બરાબર એ જ પરિણામો મળે છે, જે દર્શાવે છે કે સ્થિર સ્થિતિ પહોંચી ગઈ છે.વધારાના રેવ્સે મધ્યમ ગતિના રૂપરેખામાં સુધારો કર્યો નથી.
સમયનું પગલું પરિભ્રમણ ગતિ, 3 આરપીએમ અથવા 4 આરપીએમના સંબંધમાં વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.સમયનું પગલું મિક્સરને 0.5° દ્વારા ફેરવવા માટે જરૂરી સમય માટે શુદ્ધ કરવામાં આવે છે.આ પૂરતું હોવાનું બહાર આવ્યું છે, કારણ કે અગાઉના વિભાગમાં વર્ણવ્યા મુજબ, ઉકેલ સરળતાથી કન્વર્જ થાય છે.આમ, 3 rpm, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-}) માટે 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) ના સંશોધિત સમય સ્ટેપનો ઉપયોગ કરીને બંને ટર્બ્યુલન્સ મોડલ માટેની તમામ આંકડાકીય ગણતરીઓ હાથ ધરવામાં આવી હતી. {3}\) 4 આરપીએમ.આપેલ રિફાઇનમેન્ટ ટાઈમ સ્ટેપ માટે, કોષનો Courant નંબર હંમેશા 1.0 કરતા ઓછો હોય છે.
મોડલ-મેશ અવલંબનનું અન્વેષણ કરવા માટે, પ્રથમ મૂળ 2.14M મેશ અને પછી શુદ્ધ 2.88M મેશનો ઉપયોગ કરીને પરિણામો મેળવવામાં આવ્યા હતા.મિક્સર બોડીના કોષનું કદ 9 × \({10}^{-3}\) m થી 7 × \({10}^{-3}\) m સુધી ઘટાડીને ગ્રીડ શુદ્ધિકરણ પ્રાપ્ત થાય છે.બે મોડેલ ટર્બ્યુલન્સના મૂળ અને શુદ્ધ મેશ માટે, બ્લેડની આસપાસના વિવિધ સ્થળોએ વેગ મોડ્યુલોના સરેરાશ મૂલ્યોની તુલના કરવામાં આવી હતી.પરિણામો વચ્ચે ટકાવારીમાં તફાવત SST k–ω મોડલ માટે 1.73% અને IDDES મોડલ માટે 3.51% છે.IDDES ઉચ્ચ ટકાવારી તફાવત દર્શાવે છે કારણ કે તે હાઇબ્રિડ RANS-LES મોડલ છે.આ તફાવતોને નજીવા ગણવામાં આવતા હતા, તેથી સિમ્યુલેશન 2.14 મિલિયન તત્વો અને 0.5° ના પરિભ્રમણ સમયના પગલા સાથે મૂળ જાળીનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું.
પ્રાયોગિક પરિણામોની પુનઃઉત્પાદનક્ષમતા દરેક છ પ્રયોગો બીજી વખત કરીને અને પરિણામોની સરખામણી કરીને તપાસવામાં આવી હતી.પ્રયોગોની બે શ્રેણીમાં બ્લેડના કેન્દ્રમાં ગતિના મૂલ્યોની તુલના કરો.બે પ્રાયોગિક જૂથો વચ્ચે સરેરાશ ટકાવારી તફાવત 3.1% હતો.PIV સિસ્ટમ પણ દરેક પ્રયોગ માટે સ્વતંત્ર રીતે પુનઃ માપાંકિત કરવામાં આવી હતી.દરેક બ્લેડના કેન્દ્રમાં વિશ્લેષણાત્મક રીતે ગણતરી કરેલ ગતિને સમાન સ્થાન પર PIV ગતિ સાથે સરખાવો.આ સરખામણી બ્લેડ 1 માટે 6.5% ની મહત્તમ ટકાવારી ભૂલ સાથે તફાવત દર્શાવે છે.
સ્લિપ પરિબળનું પ્રમાણ નક્કી કરતાં પહેલાં, પેડલ ફ્લોક્યુલેટરમાં સ્લિપની વિભાવનાને વૈજ્ઞાનિક રીતે સમજવી જરૂરી છે, જેના માટે ફ્લોક્યુલેટરના પૅડલ્સની આસપાસના પ્રવાહની રચનાનો અભ્યાસ કરવો જરૂરી છે.સૈદ્ધાંતિક રીતે, સ્લિપ ગુણાંક પેડલ ફ્લોક્યુલેટરની ડિઝાઇનમાં પાણીની તુલનામાં બ્લેડની ઝડપને ધ્યાનમાં લેવા માટે બનાવવામાં આવે છે.સાહિત્ય ભલામણ કરે છે કે આ સ્પીડ બ્લેડ સ્પીડના 75% છે, તેથી મોટાભાગની ડિઝાઇન આ એડજસ્ટમેન્ટ માટે સામાન્ય રીતે 0.25 ના ak નો ઉપયોગ કરે છે.આના માટે પ્રવાહ વેગ ક્ષેત્રને સંપૂર્ણ રીતે સમજવા અને આ સ્લિપનો અભ્યાસ કરવા માટે PIV પ્રયોગોમાંથી મેળવેલી વેગ સ્ટ્રીમલાઈનનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર છે.બ્લેડ 1 એ શાફ્ટની સૌથી અંદરની બ્લેડ છે, બ્લેડ 3 એ સૌથી બહારની બ્લેડ છે, અને બ્લેડ 2 એ મધ્યમ બ્લેડ છે.
બ્લેડ 1 પર વેગ સ્ટ્રીમલાઇન્સ બ્લેડની આસપાસ સીધો ફરતો પ્રવાહ દર્શાવે છે.આ ફ્લો પેટર્ન બ્લેડની જમણી બાજુએ, રોટર અને બ્લેડ વચ્ચેના બિંદુમાંથી નીકળે છે.આકૃતિ 4a માં લાલ ડોટેડ બોક્સ દ્વારા દર્શાવેલ વિસ્તારને જોતા, બ્લેડની ઉપર અને આસપાસના પુનઃપરિભ્રમણ પ્રવાહના અન્ય પાસાને ઓળખવું રસપ્રદ છે.ફ્લો વિઝ્યુલાઇઝેશન રિસર્ક્યુલેશન ઝોનમાં થોડો પ્રવાહ દર્શાવે છે.આ પ્રવાહ બ્લેડના છેડાથી લગભગ 6 સે.મી.ની ઉંચાઈએ બ્લેડની જમણી બાજુએ આવે છે, સંભવતઃ બ્લેડની આગળના હાથના પ્રથમ બ્લેડના પ્રભાવને કારણે, જે છબીમાં દૃશ્યમાન છે.4 rpm પર ફ્લો વિઝ્યુલાઇઝેશન એ જ વર્તન અને માળખું દર્શાવે છે, દેખીતી રીતે ઊંચી ઝડપ સાથે.
3 rpm અને 4 rpm ની બે પરિભ્રમણ ઝડપે વેગ ક્ષેત્ર અને ત્રણ બ્લેડના વર્તમાન આલેખ.3 rpm પર ત્રણ બ્લેડની મહત્તમ સરેરાશ ઝડપ અનુક્રમે 0.15 m/s, 0.20 m/s અને 0.16 m/s છે, અને 4 rpm પર મહત્તમ સરેરાશ ઝડપ 0.15 m/s, 0.22 m/s અને 0.22 m/s છે. s, અનુક્રમે.ત્રણ શીટ્સ પર.
વેન 1 અને 2 ની વચ્ચે હેલિકલ ફ્લોનું બીજું સ્વરૂપ જોવા મળ્યું હતું. વેક્ટર ક્ષેત્ર સ્પષ્ટપણે દર્શાવે છે કે વેક્ટરની દિશા દ્વારા સૂચવ્યા મુજબ, વેક્ટર 2 ના તળિયેથી પાણીનો પ્રવાહ ઉપર તરફ જઈ રહ્યો છે.ફિગ. 4b માં ડોટેડ બોક્સ દ્વારા બતાવ્યા પ્રમાણે, આ વેક્ટર બ્લેડની સપાટીથી ઊભી રીતે ઉપર જતા નથી, પરંતુ જમણી તરફ વળે છે અને ધીમે ધીમે નીચે આવે છે.બ્લેડ 1 ની સપાટી પર, નીચે તરફના વેક્ટર્સને અલગ પાડવામાં આવે છે, જે બંને બ્લેડની નજીક આવે છે અને તેમની વચ્ચે બનેલા પુન: પરિભ્રમણ પ્રવાહથી તેમને ઘેરી લે છે.સમાન પ્રવાહ માળખું 4 rpm ની ઊંચી ઝડપ કંપનવિસ્તાર સાથે બંને પરિભ્રમણ ઝડપે નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું.
બ્લેડ 3 નું વેગ ક્ષેત્ર અગાઉના બ્લેડના વેગ વેક્ટરથી નોંધપાત્ર યોગદાન આપતું નથી જે બ્લેડ 3 ની નીચેના પ્રવાહમાં જોડાય છે. બ્લેડ 3 હેઠળનો મુખ્ય પ્રવાહ પાણી સાથે વધતા ઊભી વેગ વેક્ટરને કારણે છે.
આકૃતિ 4c માં બતાવ્યા પ્રમાણે, બ્લેડ 3 ની સપાટી પરના વેગ વેક્ટરને ત્રણ જૂથોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.પ્રથમ સેટ એ બ્લેડની જમણી ધાર પરનો સમૂહ છે.આ સ્થિતિમાં પ્રવાહનું માળખું જમણી તરફ અને ઉપરનું સીધું છે (એટલે ​​કે બ્લેડ 2 તરફ).બીજો જૂથ બ્લેડની મધ્યમાં છે.આ સ્થિતિ માટે વેગ વેક્ટર કોઈપણ વિચલન વિના અને પરિભ્રમણ વિના સીધા ઉપર નિર્દેશિત થાય છે.વેગ મૂલ્યમાં ઘટાડો બ્લેડના અંતની ઉપરની ઊંચાઈમાં વધારો સાથે નક્કી કરવામાં આવ્યો હતો.ત્રીજા જૂથ માટે, બ્લેડની ડાબી પરિઘ પર સ્થિત છે, પ્રવાહ તરત જ ડાબી તરફ નિર્દેશિત થાય છે, એટલે કે ફ્લોક્યુલેટરની દિવાલ તરફ.વેગ વેક્ટર દ્વારા રજૂ થતો મોટા ભાગનો પ્રવાહ ઉપર જાય છે, અને પ્રવાહનો ભાગ આડા નીચે જાય છે.
બે ટર્બ્યુલન્સ મોડલ, SST k–ω અને IDDES, નો ઉપયોગ બ્લેડ સરેરાશ લંબાઈના પ્લેનમાં 3 rpm અને 4 rpm માટે સમય-સરેરાશ વેગ પ્રોફાઇલ બનાવવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.આકૃતિ 5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ચાર ક્રમિક પરિભ્રમણ દ્વારા બનાવેલ વેગ રૂપરેખા વચ્ચે સંપૂર્ણ સમાનતા પ્રાપ્ત કરીને સ્થિર સ્થિતિ પ્રાપ્ત થાય છે.વધુમાં, IDDES દ્વારા જનરેટ કરાયેલ સમય-સરેરાશ વેગ રૂપરેખા ફિગ. 6a માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે, જ્યારે SST k–ω દ્વારા જનરેટ કરાયેલ સમય-સરેરાશ વેગ પ્રોફાઇલ ફિગ. 6a માં બતાવવામાં આવ્યા છે.6 બી.
IDDES અને SST k–ω દ્વારા જનરેટ કરાયેલ સમય-સરેરાશ વેગ લૂપ્સનો ઉપયોગ કરીને, IDDES પાસે વેગ લૂપ્સનું ઊંચું પ્રમાણ છે.
આકૃતિ 7 માં બતાવ્યા પ્રમાણે IDDES સાથે 3 rpm પર બનાવેલ સ્પીડ પ્રોફાઇલની કાળજીપૂર્વક તપાસ કરો. મિક્સર ઘડિયાળની દિશામાં ફરે છે અને દર્શાવેલ નોંધો અનુસાર પ્રવાહની ચર્ચા કરવામાં આવે છે.
અંજીર પર.7 તે જોઈ શકાય છે કે I ચતુર્થાંશમાં બ્લેડ 3 ની સપાટી પર પ્રવાહનું વિભાજન છે, કારણ કે ઉપલા છિદ્રની હાજરીને કારણે પ્રવાહ અવરોધિત નથી.ચતુર્થાંશ II માં પ્રવાહનું કોઈ વિભાજન જોવા મળતું નથી, કારણ કે ફ્લોક્યુલેટરની દિવાલો દ્વારા પ્રવાહ સંપૂર્ણપણે મર્યાદિત છે.ચતુર્થાંશ III માં, પાણી પાછલા ચતુર્થાંશ કરતાં ઘણી ઓછી અથવા ઓછી ઝડપે ફરે છે.ચતુર્થાંશ I અને II માં પાણીને મિક્સરની ક્રિયા દ્વારા નીચે તરફ ખસેડવામાં આવે છે (એટલે ​​કે ફેરવવામાં આવે છે અથવા બહાર ધકેલવામાં આવે છે).અને ચતુર્થાંશ III માં, આંદોલનકારીના બ્લેડ દ્વારા પાણીને બહાર ધકેલવામાં આવે છે.તે સ્પષ્ટ છે કે આ સ્થાને પાણીનો સમૂહ નજીક આવતા ફ્લોક્યુલેટર સ્લીવનો પ્રતિકાર કરે છે.આ ચતુર્થાંશમાં વહેતો પ્રવાહ સંપૂર્ણપણે અલગ થઈ ગયો છે.ચતુર્થાંશ IV માટે, વેન 3 ઉપરનો મોટાભાગનો હવાનો પ્રવાહ ફ્લોક્યુલેટર દિવાલ તરફ નિર્દેશિત થાય છે અને ધીમે ધીમે તેનું કદ ગુમાવે છે કારણ કે ઊંચાઈ ટોચના ઓપનિંગ સુધી વધે છે.
વધુમાં, કેન્દ્રિય સ્થાનમાં જટિલ પ્રવાહ પેટર્નનો સમાવેશ થાય છે જે ચતુર્થાંશ III અને IV પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે, જેમ કે વાદળી ટપકાંવાળા લંબગોળો દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે.આ ચિહ્નિત વિસ્તારને પેડલ ફ્લોક્યુલેટરમાં ફરતા પ્રવાહ સાથે કોઈ લેવાદેવા નથી, કારણ કે ફરતી ગતિને ઓળખી શકાય છે.આ ચતુર્થાંશ I અને II થી વિપરીત છે જ્યાં આંતરિક પ્રવાહ અને સંપૂર્ણ રોટેશનલ ફ્લો વચ્ચે સ્પષ્ટ વિભાજન છે.
ફિગ માં બતાવ્યા પ્રમાણે.6, IDDES અને SST k-ω ના પરિણામોની સરખામણી કરતા, વેગના રૂપરેખા વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત એ બ્લેડ 3 ની નીચે તરત જ વેગની તીવ્રતા છે. SST k-ω મોડેલ સ્પષ્ટપણે દર્શાવે છે કે વિસ્તૃત ઉચ્ચ-વેગ પ્રવાહ બ્લેડ 3 દ્વારા વહન કરવામાં આવે છે. IDDES ની સરખામણીમાં.
અન્ય તફાવત ચતુર્થાંશ III માં શોધી શકાય છે.IDDES માંથી, અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, ફ્લોક્યુલેટર આર્મ્સ વચ્ચે રોટેશનલ ફ્લો વિભાજન નોંધવામાં આવ્યું હતું.જો કે, આ સ્થિતિને ખૂણાઓ અને પ્રથમ બ્લેડના આંતરિક ભાગમાંથી નીચા વેગના પ્રવાહથી ખૂબ અસર થાય છે.સમાન સ્થાન માટે SST k–ω થી, સમોચ્ચ રેખાઓ IDDES ની તુલનામાં પ્રમાણમાં વધુ વેગ દર્શાવે છે કારણ કે અન્ય પ્રદેશોમાંથી કોઈ સંગમ પ્રવાહ નથી.
પ્રવાહના વર્તન અને બંધારણની સાચી સમજ માટે વેગ વેક્ટર ક્ષેત્રો અને સ્ટ્રીમલાઇન્સની ગુણાત્મક સમજ જરૂરી છે.આપેલ છે કે દરેક બ્લેડ 5 સેમી પહોળી છે, પ્રતિનિધિ વેગ પ્રોફાઇલ પ્રદાન કરવા માટે સમગ્ર પહોળાઈમાં સાત વેગ બિંદુઓ પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા.વધુમાં, બ્લેડની સપાટીથી ઉપરની ઊંચાઈના કાર્ય તરીકે વેગની તીવ્રતાની માત્રાત્મક સમજ માટે દરેક બ્લેડની સપાટી પર અને 10 સે.મી.ની ઊંચાઈ સુધી 2.5 સે.મી.ના સતત અંતર પર સીધા વેગ પ્રોફાઇલને પ્લોટિંગ કરીને જરૂરી છે.વધુ માહિતી માટે આકૃતિમાં S1, S2 અને S3 જુઓ.પરિશિષ્ટ A. આકૃતિ 8 પીઆઈવી પ્રયોગો અને IDDES અને SST k-ω નો ઉપયોગ કરીને ANSYS-અસ્ખલિત વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને મેળવેલ દરેક બ્લેડ (Y = 0.0) ની સપાટીના વેગ વિતરણની સમાનતા દર્શાવે છે.બંને સંખ્યાત્મક મોડેલો ફ્લોક્યુલેટર બ્લેડની સપાટી પરના પ્રવાહની રચનાનું ચોક્કસ અનુકરણ કરવાનું શક્ય બનાવે છે.
બ્લેડની સપાટી પર PIV, IDDES અને SST k–ω વેગ વિતરણ.x-અક્ષ દરેક શીટની પહોળાઈને મિલીમીટરમાં રજૂ કરે છે, જેમાં મૂળ (0 mm) શીટની ડાબી પરિઘ અને અંત (50 mm) શીટની જમણી પરિઘનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
તે સ્પષ્ટપણે જોવા મળે છે કે બ્લેડ 2 અને 3 ની ઝડપનું વિતરણ Fig.8 અને Fig.8 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.પરિશિષ્ટ A માં S2 અને S3 ઊંચાઈ સાથે સમાન વલણો દર્શાવે છે, જ્યારે બ્લેડ 1 સ્વતંત્ર રીતે બદલાય છે.બ્લેડ 2 અને 3 ની વેગ પ્રોફાઇલ સંપૂર્ણપણે સીધી બને છે અને બ્લેડના છેડાથી 10 સે.મી.ની ઊંચાઈએ સમાન કંપનવિસ્તાર ધરાવે છે.આનો અર્થ એ છે કે આ બિંદુએ પ્રવાહ સમાન બને છે.આ PIV પરિણામોમાંથી સ્પષ્ટપણે જોવા મળે છે, જે IDDES દ્વારા સારી રીતે પુનઃઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે.દરમિયાન, SST k–ω પરિણામો કેટલાક તફાવતો દર્શાવે છે, ખાસ કરીને 4 rpm પર.
એ નોંધવું અગત્યનું છે કે બ્લેડ 1 તમામ સ્થિતિમાં વેગ પ્રોફાઇલના સમાન આકારને જાળવી રાખે છે અને ઊંચાઈમાં સામાન્ય નથી, કારણ કે મિક્સરની મધ્યમાં બનેલી ઘૂમરાતો તમામ હાથની પ્રથમ બ્લેડ ધરાવે છે.ઉપરાંત, IDDES ની તુલનામાં, PIV બ્લેડ સ્પીડ પ્રોફાઇલ્સ 2 અને 3 એ મોટા ભાગના સ્થાનો પર સહેજ ઊંચી ઝડપના મૂલ્યો દર્શાવ્યા હતા જ્યાં સુધી તેઓ બ્લેડની સપાટીથી લગભગ 10 સે.મી. પર સમાન ન હતા.