粒子サイズと傾斜チューブセトラーの効率: CFD シミュレーションで 80 μm の閾値を見つける

チューブセトラーが懸濁物質を除去することはご存知でしょう。しかし、実際にどのサイズが - を除去するのか、またタンクがどれほど適切に設計されているかに関係なく、どのサイズがすり抜けてしまうのか知っていますか?研究者らは、安徽省にある実際の 1,000 m3/d 逆流傾斜管沈下装置の CFD シミュレーションを使用して、粒子の挙動をモデル化しました。-30～120μm実際の動作条件下で。その結果、明確な閾値が得られます。80 μm 未満では、粒子サイズは除去にほとんど影響しません。 80 μm を超えると効率が低下します。凝固剤がそのしきい値を超えてフロックを生成しない場合、傾斜チューブは支払った効果を発揮していません。

CFD - を使用する理由、およびこのタンクを使用する理由

傾斜チューブセトラーに関するほとんどの研究は、タンク寸法の最適化、デッドゾーンの削減、速度分布の平滑化などの流れパターン - に焦点を当てています。排水の質にとって最も重要な質問をした人はほとんどいません。特定の粒度分布を考慮すると、実際に何が除去されるのでしょうか?異なる直径の粒子は異なる沈降速度を有するため、流入する懸濁物質の粒径分布は、タンクが達成できる沈降効率を直接制御します。

これに答えるために、研究者たちは標準 k-ε 乱流モデル(流れ場用) と結合混合混相モデル（固体と液体の二相挙動の場合）- -操作中のチューブセトラー内の粒子を含む乱流のシミュレーションに適した組み合わせです。{{2}

テストケースは、安徽省の水道施設にある実際の向流傾斜管セトラーで、次の設計と動作パラメータを備えていました。{0}

結果 1: 粒子が集中する場所 - とそれが重要な理由

5 つの粒子直径がシミュレートされました。30、50、80、100、120μm。それぞれについて、さまざまな高さの断面の平均体積分率をプロットすることにより、懸濁物質の垂直分布を調べました (図 2)。

濃度プロファイルから 3 つのパターンが現れます。

1. すべての粒子サイズは同じ一般的な傾向に従います。濃度対高さの曲線の全体的な形状は、直径に関係なく類似しています。-タンクの物理学 -、4- ゾーン構造、流路、乱流パターン - により、共通の濃度プロファイルが決まります。

2. チューブ入口 (高さ約 1.5 m) では、粒子が大きくなると濃度が急激に上昇します。これは、流れが傾斜したチューブに入る移行ゾーンです。乱流と混合により、粒子の接触と凝集を促進する高濃度領域が生成されます。-これは固液分離にプラスの効果をもたらします。このゾーンに入る粒子が大きいほど、濃度のスパイクがより顕著になります。

3. タンク底部と排水断面では、粒子サイズが結果を左右します。-スラッジゾーン付近では、平均体積分率が粒子サイズとともに増加します - より大きな粒子が沈降し、本来あるべき場所に蓄積します。流出断面-における平均体積分率減少する粒子サイズが大きくなると、逃げる大きな粒子が - 少なくなります。相関関係は明確です。粒子が大きくなる → より多く沈降する → よりきれいな排水.

結果 2: 80 μm の閾値

除去効率ηは次のように定義されます。

ここで C_入口は流入水の SS 濃度 (kg/m3)、C は_出口は排水SS濃度(kg/m3)です。

図 3 は、特定の流入条件 (SS 295 mg/L、密度 1,050 kg/m3、粘度 0.02001 Pa・s) における除去効率と粒子径の関係を示しています。カーブは直線ではありません - 明確な膝があります。

データは次の 2 つの体制を明らかにします。

その理由は水力によるものです。80 μm 未満の粒子の沈降速度は十分に低いため、タンクがどれほど適切に設計されているかに関係なく、チューブ内の上向きの流れによって粒子が運び去られてしまいます。 80μmを超えると沈降速度が上昇速度を追い越す幅が広がり、除去が効果的になります。 80 μm のしきい値は、このタンクの形状と動作条件 (チューブ直径 40 mm、傾斜 60 度、入口速度 0.1 m/s) - に固有ですが、原則は広く適用されます。すべてのチューブセトラーには臨界粒子サイズがあり、これを下回ると除去が不十分になります。そのサイズはチューブ内の上向き速度によって決まります。.

これがあなたのプラントにとって何を意味するか

1. 凝固剤の投与には目標があり、それは 80 μm です。電荷の中和と粒子の架橋 - を超えた凝集と凝集 - の目的は、チューブセトラーが捕捉できる臨界サイズを超えて凝集塊を成長させることです。ジャーテストでは、形成されたフロックが特定のタンク形状のしきい値直径を超えていることを確認する必要があります。

2. 排水が濁っていて、凝集サイズが閾値を下回っている場合、チューブは問題ではありません。- 凝集段階です。チューブを追加するか、上昇速度を下げると、多少は改善されます。しかし、本当の解決策は上流にあり、凝集を改善して、既存のチューブで捕捉できるより大きく密度の高い粒子を生成します。

3. 重要なサイズはタンクによって異なります-。このシミュレーションでは、入口速度 0.1 m/s、60 度で 40 mm チューブの場合 80 μm であることがわかりました。チューブの直径が小さい、角度が平坦である、または上向きの速度が低いほど、閾値は下方にシフトします -。これは、より小さな粒子が除去可能になることを意味します。これが、チューブの形状と油圧荷重が単なる設計パラメータではない理由です。これらは、入植者が処理できる最小粒子サイズを直接設定します。

4. CFD シミュレーションは実用的な設計ツールであり、学術的な演習ではありません。ここで使用される k-ε + 混合物モデルの組み合わせにより、タンクの形状や動作条件に関係なく、粒子サイズと除去効率の曲線を予測できます。構築または改造する前に、シミュレーションは経験的な設計ルールでは解決できない質問に答えることができます。このタンクは原水中の粒子を除去しますか?