أنت تعرف أن مستوطن الأنبوب يزيل المواد الصلبة العالقة. ولكن هل تعرف ما هي الأحجام التي يتم إزالتها فعليًا - وما هي الأحجام التي تتسرب بغض النظر عن مدى جودة تصميم الخزان؟ باستخدام محاكاة CFD لمستقر أنبوبي مائل بتيار معاكس بقدرة 1000 متر مكعب في اليوم في مقاطعة آنهوي، قام الباحثون بوضع نموذج لسلوك الجسيمات من30 إلى 120 ميكرومترفي ظل ظروف التشغيل الفعلية. والنتيجة هي عتبة واضحة: أقل من 80 ميكرومتر، حجم الجسيمات بالكاد مهم للإزالة. فوق 80 ميكرومتر، تنطلق الكفاءة. إذا كان مادة التخثر الخاصة بك لا تنتج كتلًا أعلى من هذا الحد، فإن الأنابيب المائلة الخاصة بك لا تقوم بما دفعت مقابله.
لماذا العقود مقابل الفروقات - ولماذا هذا الخزان
تركز معظم الدراسات التي أجريت على مستوطني الأنابيب المائلة على أنماط التدفق - تحسين أبعاد الخزان، وتقليل المناطق الميتة، وتسهيل توزيع السرعة. قليلون طرحوا السؤال الأكثر أهمية بالنسبة لجودة النفايات السائلة:في ضوء توزيع محدد لحجم الجسيمات، ما الذي تتم إزالته بالفعل؟نظرًا لأن الجسيمات ذات الأقطار المختلفة لها سرعات ترسيب مختلفة، فإن توزيع حجم الجسيمات للمواد الصلبة العالقة المؤثرة يتحكم بشكل مباشر في كفاءة الترسيب التي يمكن للخزان تحقيقها.
للإجابة على هذا استخدم الباحثوننموذج الاضطراب k-ε القياسي(لحقل التدفق) إلى جانبنموذج خليط متعدد المراحل(للسلوك ثنائي الطور بين الصلب والسائل) - مزيج مناسب تمامًا لمحاكاة التدفق المضطرب المحمل بالجسيمات داخل مستوطن أنبوب التشغيل.
كانت حالة الاختبار عبارة عن مضبط حقيقي للأنابيب المائلة ذات التيار المعاكس في إحدى محطات المياه في مقاطعة آنهوي، مع معايير التصميم والتشغيل التالية:
| المعلمة | قيمة | ملحوظة |
| القدرة على العلاج | 1,000 m³/d | خزان واحد |
| أبعاد الخزان (الطول × العرض × الارتفاع) | 2.8 m × 2.8 m × 4.17 m | أربع مناطق: الحمأة، التوزيع، الأنبوب، المياه الصافية |
| ميل الأنبوب | 60 درجة | زاوية قياسية |
| قطر الأنبوب الهيدروليكي | 40 mm | خلية سداسية أو مربعة |
| سرعة التأثير | 0.1 m/s | عند جدار التوزيع المثقوب |
| تركيز SS المؤثر | 295 ملغم/لتر | من البيانات التشغيلية للمصنع |
| كثافة الجسيمات | 1,050 كجم/م3 | نموذجي للمواد الصلبة المترسبة |
| اللزوجة الديناميكية | 0.02001 باس | الماء عند درجة حرارة ~ 20 درجة |
النتيجة 1: مكان تركز الجزيئات - ولماذا يهم
تمت محاكاة خمسة أقطار الجسيمات:30، 50، 80، 100، و 120 ميكرومتر. لكل منها، تم فحص التوزيع الرأسي للمواد الصلبة العالقة عن طريق رسم جزء الحجم المتوسط على المقاطع العرضية على ارتفاعات مختلفة (الشكل 2).
تظهر ثلاثة أنماط من ملفات التركيز:
1. جميع أحجام الجسيمات تتبع نفس الاتجاه العام.الشكل العام لمنحنى التركيز مقابل الارتفاع مشابه بغض النظر عن القطر. إن فيزياء الخزان - الهيكل ذو المناطق الأربع، ومسار التدفق، ونمط الاضطراب - تفرض ملفًا مشتركًا للتركيز.
2. عند مدخل الأنبوب (ارتفاع 1.5 متر تقريبًا)، يرتفع التركيز بشكل حاد بالنسبة للجزيئات الأكبر حجمًا.هذه هي المنطقة الانتقالية حيث يدخل التدفق إلى الأنابيب المائلة. يؤدي الاضطراب والاختلاط إلى إنشاء منطقة عالية التركيز تعمل على تعزيز اتصال الجسيمات وتلبدها - وهو تأثير إيجابي لفصل المواد الصلبة والسائلة. كلما زاد حجم الجزيئات التي تدخل هذه المنطقة، كلما كان ارتفاع التركيز أكثر وضوحًا.
3. في قاع الخزان والمقطع العرضي للنفايات السائلة، فإن حجم الجسيمات هو الذي يحدد النتيجة.وبالقرب من منطقة الحمأة، يرتفع متوسط حجم الجزء مع حجم الجسيمات - حيث تستقر المزيد من الجزيئات الكبيرة وتتراكم حيث ينبغي. في المقطع العرضي للنفايات السائلة، متوسط حجم الكسريتناقصمع زيادة حجم الجسيمات - يهرب عدد أقل من الجزيئات الكبيرة. العلاقة لا لبس فيها:جزيئات أكبر ← أكثر استقرارًا ← تدفق أنظف.
النتيجة 2: عتبة 80 ميكرومتر
يتم تعريف كفاءة الإزالة η على أنها:
حيث جمدخلهو تركيز SS المؤثر (كجم/م³) وCمَنفَذهو تركيز SS السائلة (كجم/م³).
يوضح الشكل 3 العلاقة بين كفاءة الإزالة وقطر الجسيمات في ظل ظروف التأثير المحددة (295 مجم/لتر SS، كثافة 1050 كجم/م3، لزوجة 0.02001 باسكال). المنحنى ليس خطيًا - بل له ركبة مميزة.
تكشف البيانات عن نظامين:
| نطاق حجم الجسيمات | سلوك | الآثار الهندسية |
| 30–80 μm | تزداد كفاءة الإزالة تدريجياً فقط مع حجم الجسيمات. المنحدر ضحل. | يؤدي تحسين التخثر ضمن هذا النطاق إلى عوائد متناقصة. إن المكاسب الإضافية في حجم الكتلة لا تفعل الكثير بالنسبة لجودة النفايات السائلة. |
| >80 μm | كفاءة الإزالة ترتفع بشكل حاد. كل قطر إضافي يبلغ 10-20 ميكرومتر ينتج عنه تحسن كبير. | يجب ضبط جرعة التخثر وكثافة الخلط ووقت التلبد لدفع الكتل إلى ما بعد 80 ميكرومتر. تحت هذه العتبة، يكون مستوطن الأنبوب غير مستغل بشكل كافٍ. |
والسبب هو هيدروليكي: فالجسيمات التي يقل حجمها عن 80 ميكرومتر لها سرعات ترسيب منخفضة بما يكفي بحيث يمكن للتدفق الصاعد في الأنابيب أن يحملها، بغض النظر عن مدى جودة تصميم الخزان. فوق 80 ميكرومتر، تتفوق سرعة الترسيب على السرعة التصاعدية بهامش متسع، وتصبح عملية الإزالة فعالة. إن عتبة 80 ميكرومتر خاصة بهندسة هذا الخزان وظروف تشغيله (قطر الأنبوب 40 مم، وميل 60 درجة، وسرعة الدخول 0.1 م/ث) - ولكن المبدأ ينطبق على نطاق واسع:كل مستوطن أنبوبي لديه حجم جسيم حرج تكون عملية الإزالة أقل منه ضعيفة، ويتم تحديد هذا الحجم من خلال السرعة التصاعدية في الأنابيب.
ماذا يعني هذا لمصنعك؟
1. جرعة التخثر لها هدف، وهو 80 ميكرومتر.الغرض من التخثر والتلبد - بما يتجاوز تحييد الشحنة وجسر الجسيمات - هو تنمية كتل تتجاوز الحجم الحرج حيث يمكن لمستوطن الأنبوب التقاطها. يجب أن يؤكد اختبار الجرة أن الكتل المشكلة لديك تتجاوز قطر العتبة لهندسة الخزان الخاصة بك.
2. إذا كانت النفايات السائلة لديك عكرة وحجم الندف أقل من الحد الأدنى، فإن الأنابيب ليست هي المشكلة - بل هي مرحلة التلبد.إن إضافة المزيد من الأنابيب أو تقليل السرعة التصاعدية سيساعد بشكل طفيف. لكن الحل الحقيقي يكمن في المنبع: التلبد الأفضل لإنتاج جزيئات أكبر وأكثر كثافة يمكن للأنابيب الموجودة التقاطها.
3. الحجم الحرج خاص بالخزان.وجدت هذه المحاكاة 80 ميكرومتر لأنبوب 40 مم عند 60 درجة وسرعة مدخل 0.1 م/ث. إن قطر الأنبوب الأصغر، أو الزاوية المسطحة، أو السرعة الأعلى المنخفضة من شأنها أن تغير العتبة إلى الأسفل - مما يعني أن الجزيئات الأصغر تصبح قابلة للإزالة. وهذا هو السبب في أن هندسة الأنابيب والتحميل الهيدروليكي ليست مجرد معلمات تصميم؛ إنهم يحددون بشكل مباشر الحد الأدنى لحجم الجسيمات الذي يمكن لمستوطنك التعامل معه.
4. محاكاة عقود الفروقات هي أداة تصميم عملية، وليست تمرينًا أكاديميًا.يمكن لمجموعة نموذج الخليط k-ε + المستخدمة هنا أن تتنبأ، بالنسبة لأي هندسة خزان وحالة تشغيل، بمنحنى كفاءة إزالة حجم الجسيمات. قبل البناء أو التعديل التحديثي، يمكن للمحاكاة الإجابة على السؤال الذي لا تستطيع قواعد التصميم التجريبية الإجابة عليه:هل سيزيل هذا الخزان الجزيئات الموجودة في الماء الخام؟
هل تحتاج إلى حجم وسائط تسوية الأنبوب المناسب لتوزيع الجسيمات لديك؟
تقوم شركة Juntai بتزويد وسائط تسوية الأنابيب المائلة PVC وPP بدعم كامل للتصميم الهيدروليكي - بما في ذلك اختيار قطر الأنبوب، وتحسين زاوية الميل، وحسابات تحميل السطح المطابقة لخصائص جزيئات المياه الخام وأهداف النفايات السائلة. إذا كنت تقوم بتصميم مستوطن جديد أو استكشاف الأخطاء وإصلاحها لمستوطن ضعيف الأداء، فيمكننا مساعدتك في تحديد هندسة الأنبوب التي تلتقط الجسيمات التي تحتاج إلى إزالتها.
| مواصفات منتج مستوطن الأنبوب | طلب دعم التصميم الهيدروليكي | مجموعة المنتجات الكاملة |