شبيه‌سازي و تحليل پارامترهاي هيدروديناميكي تأثيرگذار بر عملكرد مخزن انعقاد در سيستم DAF

An investigation into the influence of hydrodynamic parameters on the performance of the coagulation tank in a DAF system

فرآيند انعقاد از بخش هاي حياتي در فرآيند شناورسازي با هواي محلول (DAF) مي باشد. كيفيت اختلاط و نرخ اضمحلال انرژي در داخل مخازن انعقاد و لخته سازي در كيفيت لخته هاي تشكيل‌شده بسيار تعيين‌كننده مي‌باشد. در اين پژوهش، مخزن منعقدكننده يك سيستم DAF به كمك ابزارهاي ديناميك سيالات محاسباتي شبيه‌سازي شده است. از روش MRF جهت حل قسمت دوار استفاده شده و جهت درنظر گرفتن چرخش‌هاي جريان از مدل اغتشاش هفت معادله‌اي RSM استفاده شده است. در ابتدا، هيدروديناميك جريان مورد بررسي قرار گرفته، گراديان سرعت (G) ارزيابي شده و در نهايت تأثير چند پارامتر بر مقدار گراديان سرعت مطالعه شده است. براساس نتايج، اندازه سرعت و هم‌چنين گراديان سرعت در كل مخزن توزيع غيريكنواختي دارد و اين غيريكنواختي در صفحة افقي گذرنده از مركز پروانه، به مقدار بيشينة خود مي‌رسد. مقدار ميانگين وزني گراديان سرعت در صفحة افقي گذرنده از مركز پروانه برابر با [s-1]244 بوده و بالاتر از اين ارتفاع، به‌طور ناگهاني كاهش يافته است (حدود [s-1] 37 تا [s-1]56). افزون بر اين، با تغيير 20 درصد سرعت چرخش و قطر پروانه، گراديان سرعت در بدترين حالت بين 30 تا 70 درصد تغيير مي‌كند. در صورتي كه با تغيير 35 درصد نسبت ابعادي، گراديان سرعت در بدترين حالت حدود 15 درصد تغيير مي‌كند.

Coagulation process is a key segment in Dissolved Air Flotation (DAF) systems. The mixing quality and energy dissipation rate in the coagulation and flocculation tanks are of great significance in creating the desired flocs. In this study, the coagulation tank of a DAF system is simulated using CFD tools. MRF approach is utilized to simulate the rotational zone, and a sophisticated turbulence model called RSM model is used to account for the rotational effects of the impeller. At first, solution method was validated with the aid of experimental data in the literature; then, flow hydrodynamics, velocity gradient (G), and some crucial parameters were investigated in the main case. According to the results, velocity magnitude and velocity gradient are both inhomogeneous throughout the tank, and the maximum inhomogeneity occurs at the horizontal section crossing the impeller. Mass-weighted average of velocity gradient at this section equals 244 [s-1] and decreases sharply at higher sections (~ 37-56 [s-1]). The influence of the rotational speed and impeller diameter on the velocity gradient is far greater than the influence of aspect ratio. In other words, 20% variation of rotational speed and impeller diameter changes velocity gradient around 30-70% at its worst cases. Whereas, 35% variation of aspect ratio changes velocity gradient by only 15% at its worst case.