316Ti չժանգոտվող պողպատից փաթաթված խողովակ PIV և CFD ուսումնասիրություն թիավարման ֆլոկուլյացիայի հիդրոդինամիկայի ցածր պտտման արագությամբ

Շնորհակալություն Nature.com այցելելու համար:Դուք օգտագործում եք զննարկչի տարբերակ՝ CSS-ի սահմանափակ աջակցությամբ:Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել Համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում):Բացի այդ, շարունակական աջակցություն ապահովելու համար մենք կայքը ցուցադրում ենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Type 316Ti (UNS 31635) մոլիբդեն պարունակող չժանգոտվող քրոմ-նիկելային չժանգոտվող պողպատ է տիտանով կայունացված:Այս հավելումը մեծացնում է կոռոզիոն դիմադրությունը, բարելավում է քլորիդի իոնային լուծույթների դիմադրությունը և ապահովում է բարձր ջերմաստիճանի ուժգնությունը:Հատկությունները նման են 316 տիպի հատկություններին, բացառությամբ, որ 316Ti-ն իր Տիտանի հավելման շնորհիվ կարող է օգտագործվել զգայունության բարձր ջերմաստիճաններում:Բարելավվում է կոռոզիոն դիմադրությունը, մասնավորապես, ծծմբային, հիդրոքլորային, քացախային, ձևային և գինձաթթուների, թթվային սուլֆատների և ալկալային քլորիդների նկատմամբ:

Քիմիական բաղադրությունը:

Հատկություններ:
Առավելագույն առաձգական ուժ՝ 75 KSI րոպե (515 ՄՊա րոպե)
Ելքի ուժ՝ (0,2% օֆսեթ) 30 KSI րոպե (205 ՄՊա րոպե)
Երկարացում՝ 40% min
Կարծրություն՝ Rb 95 max

Սլայդերներ, որոնք ցույց են տալիս երեք հոդված յուրաքանչյուր սլայդում:Օգտագործեք հետևի և հաջորդ կոճակները՝ սլայդների միջով շարժվելու համար, կամ սլայդ կարգավորիչի կոճակները վերջում՝ յուրաքանչյուր սլայդով շարժվելու համար:
Այս ուսումնասիրության մեջ ֆլոկուլյացիայի հիդրոդինամիկան գնահատվում է տուրբուլենտ հոսքի արագության դաշտի փորձարարական և թվային հետազոտությամբ լաբորատոր մասշտաբով թիավարման ֆլոկուլատորում:Անհանգիստ հոսքը, որը նպաստում է մասնիկների ագրեգացմանը կամ ճեղքմանը, բարդ է և դիտարկվում և համեմատվում է այս աշխատության մեջ՝ օգտագործելով երկու տուրբուլենտային մոդելներ՝ SST k-ω և IDDES:Արդյունքները ցույց են տալիս, որ IDDES-ն ապահովում է SST k-ω-ի նկատմամբ շատ փոքր բարելավում, ինչը բավարար է թիավարման ֆլոկուլատորի ներսում հոսքը ճշգրիտ մոդելավորելու համար:Համապատասխանության միավորը օգտագործվում է PIV-ի և CFD-ի արդյունքների կոնվերգենցիան ուսումնասիրելու և օգտագործված CFD տուրբուլենտության մոդելի արդյունքները համեմատելու համար:Ուսումնասիրությունը կենտրոնանում է նաև սայթաքման k գործակցի քանակականացման վրա, որը 0,18 է 3 և 4 պտ/րոպում ցածր արագությունների դեպքում՝ համեմատած 0,25 սովորական բնորոշ արժեքի հետ:k-ի 0,25-ից 0,18-ի նվազումը մեծացնում է հեղուկին մատակարարվող հզորությունը մոտ 27-30%-ով և արագության գրադիենտը (G) մոտ 14%-ով:Սա նշանակում է, որ սպասվածից ավելի շատ խառնաշփոթ է ապահովվում, հետևաբար ավելի քիչ էներգիա է սպառվում, և, հետևաբար, խմելու ջրի մաքրման կայանի ֆլոկուլյացիոն միավորում էներգիայի սպառումը կարող է ավելի ցածր լինել:
Ջրի մաքրման ժամանակ կոագուլանտների ավելացումն ապակայունացնում է փոքր կոլոիդային մասնիկները և կեղտերը, որոնք այնուհետև միաձուլվում են ֆլոկուլյացիայի առաջացման փուլում:Փաթիլները ազատորեն կապված են զանգվածի ֆրակտալ ագրեգատներ, որոնք այնուհետև հեռացվում են նստելով:Մասնիկների հատկությունները և հեղուկի խառնման պայմանները որոշում են ֆլոկուլյացիայի և մշակման գործընթացի արդյունավետությունը:Ֆլոկուլյացիայի համար պահանջվում է դանդաղ խառնում համեմատաբար կարճ ժամանակահատվածում և մեծ էներգիա՝ ջրի մեծ ծավալները խառնելու համար1:
Ֆլոկուլյացիայի ընթացքում ամբողջ համակարգի հիդրոդինամիկան և կոագուլանտ-մասնիկ փոխազդեցության քիմիան որոշում են մասնիկների չափի անշարժ բաշխման արագությունը2:Երբ մասնիկները բախվում են, նրանք կպչում են միմյանց3.Oyegbile, Ay4-ը հաղորդում է, որ բախումները կախված են բրոունյան դիֆուզիայի, հեղուկի կտրվածքի և դիֆերենցիալ նստեցման ֆլոկուլյացիայի տեղափոխման մեխանիզմներից:Երբ փաթիլները բախվում են, նրանք մեծանում են և հասնում են որոշակի չափի, ինչը կարող է հանգեցնել կոտրման, քանի որ փաթիլները չեն կարող դիմակայել հիդրոդինամիկական ուժերի ուժին5:Այս կոտրված փաթիլներից մի քանիսը վերամիավորվում են ավելի փոքրերի կամ նույն չափի6:Այնուամենայնիվ, ուժեղ փաթիլները կարող են դիմակայել այս ուժին և պահպանել իրենց չափերը և նույնիսկ աճել7:Յուքսելենը և Գրեգորի 8-ը զեկուցել են փաթիլների ոչնչացման և դրանց վերածնվելու ունակության հետ կապված ուսումնասիրությունների մասին՝ ցույց տալով, որ անշրջելիությունը սահմանափակ է:Բրիջմենը, Ջեֆերսոնը9 օգտագործել է CFD-ն՝ գնահատելու միջին հոսքի և տուրբուլենտության տեղական ազդեցությունը բլոկների ձևավորման և մասնատման վրա՝ տեղական արագության գրադիենտների միջոցով:Ռոտորային շեղբերով հագեցած տանկերում անհրաժեշտ է փոխել ագրեգատների բախման արագությունը այլ մասնիկների հետ, երբ դրանք բավականաչափ ապակայունացված են կոագուլյացիայի փուլում:Օգտագործելով CFD-ը և պտտման ավելի ցածր արագությունը՝ մոտ 15 պտ/րոպե, Vadasarukkai-ն և Gagnon11-ը կարողացան հասնել G արժեքի կոնաձև թիակով ծղոտման համար՝ դրանով իսկ նվազագույնի հասցնելով հուզման համար էներգիայի սպառումը:Այնուամենայնիվ, G-ի ավելի բարձր արժեքներով աշխատանքը կարող է հանգեցնել ֆլոկուլյացիայի:Նրանք ուսումնասիրեցին խառնման արագության ազդեցությունը փորձնական թիավարման ֆլոկուլատորի միջին արագության գրադիենտի որոշման վրա:Նրանք պտտվում են ավելի քան 5 պտ/րոպե արագությամբ։
Korpijärvi, Ahlstedt12-ը օգտագործել է չորս տարբեր տուրբուլենցիայի մոդելներ՝ տանկի փորձարկման նստարանի վրա հոսքի դաշտը ուսումնասիրելու համար:Նրանք չափեցին հոսքի դաշտը լազերային դոպլեր անեմոմետրով և PIV-ով և համեմատեցին հաշվարկված արդյունքները չափված արդյունքների հետ:de Oliveira-ն և Donadel13-ը առաջարկել են հիդրոդինամիկական հատկություններից արագության գրադիենտների գնահատման այլընտրանքային մեթոդ՝ օգտագործելով CFD:Առաջարկվող մեթոդը փորձարկվել է պարուրաձև երկրաչափության վրա հիմնված վեց ֆլոկուլյացիոն միավորների վրա:գնահատեց պահման ժամանակի ազդեցությունը ֆլոկուլանտների վրա և առաջարկեց ֆլոկուլյացիայի մոդել, որը կարող է օգտագործվել որպես բջիջների ռացիոնալ դիզայնին աջակցելու համար ցածր պահպանման ժամանակներով14:Zhan, You15-ն առաջարկել է CFD-ի և բնակչության հաշվեկշռի համակցված մոդել՝ հոսքի բնութագրերը և բլոկների վարքագիծը ամբողջական մասշտաբով ֆլոկուլյացիայի ժամանակ մոդելավորելու համար:Llano-Serna, Coral-Portillo16-ը ուսումնասիրել է Կոքսի տիպի հիդրոֆլոկուլատորի հոսքի բնութագրերը Կոլումբիայի Վիտերբո քաղաքի ջրի մաքրման կայանում:Չնայած CFD-ն ունի իր առավելությունները, կան նաև սահմանափակումներ, ինչպիսիք են թվային սխալները հաշվարկներում:Հետևաբար, ստացված ցանկացած թվային արդյունք պետք է ուշադիր ուսումնասիրվի և վերլուծվի՝ քննադատական ​​եզրակացություններ անելու համար17:Գրականության մեջ քիչ ուսումնասիրություններ կան հորիզոնական շղարշային ֆլոկուլյատորների նախագծման վերաբերյալ, մինչդեռ հիդրոդինամիկ ֆլոկուլատորների նախագծման վերաբերյալ առաջարկությունները սահմանափակ են18:Չենը, Liao19-ը օգտագործել է փորձարարական կարգավորում, որը հիմնված է բևեռացված լույսի ցրման վրա՝ չափելու առանձին մասնիկներից ցրված լույսի բևեռացման վիճակը:Feng-ը, Zhang20-ն օգտագործեց Ansys-Fluent-ը` նմանեցնելու պտտվող հոսանքների բաշխումը և պտտումը մակարդված թիթեղային ֆլոկուլյատորի և միջալեռնային ֆլոկուլատորի հոսքի դաշտում:Ansys-Fluent-ի միջոցով անհանգիստ հեղուկի հոսքը նմանակելուց հետո Gavi21-ն օգտագործեց արդյունքները՝ ֆլոկուլյատորը նախագծելու համար:Vaneli-ն և Teixeira22-ը զեկուցել են, որ պարուրաձև խողովակների ֆլոկուլյատորների հեղուկ դինամիկայի և ֆլոկկուլյացիայի գործընթացի միջև կապը դեռևս վատ է ընկալվում՝ ռացիոնալ նախագծման համար:de Oliveira-ն և Costa Teixeira-ն23 ուսումնասիրել են արդյունավետությունը և ցուցադրել պարուրաձև խողովակի ֆլոկուլյատորի հիդրոդինամիկական հատկությունները ֆիզիկայի փորձերի և CFD սիմուլյացիաների միջոցով:Շատ հետազոտողներ ուսումնասիրել են ոլորված խողովակային ռեակտորները կամ ոլորված խողովակների ֆլոկուլյատորները:Այնուամենայնիվ, այս ռեակտորների արձագանքման վերաբերյալ մանրամասն հիդրոդինամիկ տեղեկատվություն տարբեր նախագծման և շահագործման պայմանների վերաբերյալ դեռևս բացակայում է (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25):Oliveira-ն և Teixeira26-ը ներկայացնում են պարուրաձև ֆլոկուլյատորի տեսական, փորձարարական և CFD սիմուլյացիաների բնօրինակ արդյունքներ:Oliveira-ն և Teixeira-ն27-ն առաջարկեցին օգտագործել պարուրաձև կծիկ որպես կոագուլյացիոն-ֆլոկուլյացիոն ռեակտոր՝ պայմանական դեկանտային համակարգի հետ համատեղ:Նրանք հայտնում են, որ պղտորության հեռացման արդյունավետության համար ստացված արդյունքները էականորեն տարբերվում են ֆլոկուլյացիայի գնահատման համար սովորաբար օգտագործվող մոդելներից ստացվածներից՝ առաջարկելով զգուշություն նման մոդելներ օգտագործելիս:Մորուզին և դե Օլիվեյրան [28] մոդելավորեցին շարունակական ֆլոկուլյացիայի խցիկների համակարգի վարքագիծը տարբեր աշխատանքային պայմաններում, ներառյալ օգտագործվող խցիկների քանակի տատանումները և ֆիքսված կամ մասշտաբային բջջային արագության գրադիենտների օգտագործումը:Romphophak, Le Men29 ակնթարթային արագությունների PIV չափումներ քվազի-երկչափ ռեակտիվ մաքրող սարքերում:Նրանք հայտնաբերել են ուժեղ շիթից առաջացած շրջանառություն ծղոտման գոտում և գնահատել են տեղային և ակնթարթային կտրվածքի արագությունը:
Shah, Joshi30-ը հայտնում է, որ CFD-ն առաջարկում է հետաքրքիր այլընտրանք՝ դիզայնի բարելավման և վիրտուալ հոսքի բնութագրերը ստանալու համար:Սա օգնում է խուսափել լայն փորձնական կարգավորումներից:CFD-ն ավելի ու ավելի է օգտագործվում ջրի և կեղտաջրերի մաքրման կայանները վերլուծելու համար (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35):Մի քանի հետազոտողներ փորձարկումներ են կատարել տարաների փորձարկման սարքավորումների վրա (Bridgeman, Jefferson36; Bridgeman, Jefferson5; Jarvis, Jefferson6; Wang, Wu34) և ծակոտկեն սկավառակների ֆլոկուլատորներ31:Մյուսները օգտագործել են CFD հիդրոֆլոկուլյատորները գնահատելու համար (Bridgeman, Jefferson5; Vadasarukkai, Gagnon37):Ghawi21-ը հաղորդում է, որ մեխանիկական ֆլոկուլյատորները պահանջում են կանոնավոր սպասարկում, քանի որ դրանք հաճախ փչանում են և պահանջում են շատ էլեկտրաէներգիա:
Թիավարի ֆլոկուլյատորի աշխատանքը մեծապես կախված է ջրամբարի հիդրոդինամիկայից:Նման ֆլոկուլյատորներում հոսքի արագության դաշտերի քանակական ըմբռնման բացակայությունը հստակորեն նշվում է գրականության մեջ (Howe, Hand38; Hendricks39):Ամբողջ ջրային զանգվածը ենթարկվում է ֆլոկուլյատորի շարժիչի շարժմանը, ուստի սպասվում է սահում:Սովորաբար հեղուկի արագությունը պակաս է սայրի արագությունից k սայթաքման գործակիցով, որը սահմանվում է որպես ջրային մարմնի արագության հարաբերակցություն թիավարման անիվի արագությանը:Bhole40-ը հաղորդում է, որ կան երեք անհայտ գործոն, որոնք պետք է հաշվի առնել ֆլոկուլյատորը նախագծելիս, մասնավորապես՝ արագության գրադիենտը, քաշման գործակիցը և ջրի հարաբերական արագությունը սայրի նկատմամբ:
Camp41-ը հայտնում է, որ բարձր արագությամբ մեքենաները դիտարկելիս արագությունը ռոտորի արագության մոտ 24%-ն է և ցածր արագությամբ մեքենաների համար՝ մինչև 32%-ը:Միջնապատերի բացակայության դեպքում Droste-ն և Ger42-ը օգտագործում էին ak արժեքը 0,25, մինչդեռ միջնապատերի դեպքում k-ը տատանվում էր 0-ից մինչև 0,15:Howe, Hand38-ը առաջարկում է, որ k-ն գտնվում է 0,2-ից 0,3 միջակայքում:Հենդրիքսը39 կապեց սայթաքման գործոնը պտտման արագության հետ՝ օգտագործելով էմպիրիկ բանաձևը և եզրակացրեց, որ սայթաքման գործոնը նույնպես գտնվում է Camp41-ի սահմանած տիրույթում:Bratby43-ը հաղորդում է, որ k-ը մոտ 0,2 է պտույտի արագության համար 1,8-ից մինչև 5,4 պտ/րոպում և աճում է մինչև 0,35՝ 0,9-ից մինչև 3 պտույտ/րոպե արագության դեպքում:Այլ հետազոտողներ զեկուցում են քաշման գործակցի (Cd) արժեքների լայն շրջանակ՝ 1,0-ից մինչև 1,8 և սայթաքման գործակցի k արժեքներ՝ 0,25-ից մինչև 0,40 (Feir և Geyer44; Hyde and Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren47; and Martby և Martby: )Գրականությունը էական առաջընթաց չի ցույց տալիս k-ի սահմանման և քանակականացման հարցում Camp41-ի աշխատանքից ի վեր:
Ֆլոկուլյացիայի պրոցեսը հիմնված է տուրբուլենտության վրա՝ բախումները հեշտացնելու համար, որտեղ արագության գրադիենտը (G) օգտագործվում է տուրբուլենտությունը/կլորացումը չափելու համար:Խառնումը ջրի մեջ քիմիական նյութերի արագ և հավասարաչափ ցրման գործընթաց է:Խառնման աստիճանը չափվում է արագության գրադիենտով.
որտեղ G = արագության գրադիենտ (վրկ-1), P = մուտքային հզորություն (W), V = ջրի ծավալ (m3), μ = դինամիկ մածուցիկություն (Pa s):
Որքան բարձր է G արժեքը, այնքան ավելի խառն է:Միատեսակ կոագուլյացիա ապահովելու համար անհրաժեշտ է մանրակրկիտ խառնել:Գրականությունը ցույց է տալիս, որ նախագծման ամենակարևոր պարամետրերն են խառնման ժամանակը (t) և արագության գրադիենտը (G):Ֆլոկուլյացիայի պրոցեսը հիմնված է տուրբուլենտության վրա՝ բախումները հեշտացնելու համար, որտեղ արագության գրադիենտը (G) օգտագործվում է տուրբուլենտությունը/կլորացումը չափելու համար:Տիպիկ դիզայնի արժեքները G-ի համար են 20-ից 70 s–1, t-ը 15-ից 30 րոպե է, իսկ Gt-ն (անչափ) 104-ից 105 է: Արագ խառնուրդի տանկերը լավագույնս աշխատում են 700-ից 1000 G արժեքներով՝ ժամանակի ընթացքում մնալով: մոտ 2 րոպե:
որտեղ P-ը հեղուկին տրվող հզորությունն է յուրաքանչյուր ֆլոկուլատորի սայրով, N-ը պտտման արագությունն է, b-ը շեղբի երկարությունն է, ρ-ը ջրի խտությունն է, r-ը շառավիղն է, իսկ k-ն սահման գործակիցն է:Այս հավասարումը կիրառվում է յուրաքանչյուր սայրի վրա առանձին, և արդյունքներն ամփոփվում են՝ տալով ֆլոկուլյատորի ընդհանուր մուտքային հզորությունը:Այս հավասարման մանրակրկիտ ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս սայթաքման k գործոնի կարևորությունը թիավարման ֆլոկուլատորի նախագծման գործընթացում:Գրականությունը չի նշում k-ի ճշգրիտ արժեքը, փոխարենը առաջարկում է տիրույթ, ինչպես նախկինում ասվել է:Այնուամենայնիվ, P հզորության և k սայթաքման գործակիցի միջև կապը խորանարդ է:Այսպիսով, պայմանով, որ բոլոր պարամետրերը նույնն են, օրինակ, k-ը 0,25-ից 0,3-ի փոխելը կհանգեցնի մեկ շեղբերով հեղուկին փոխանցվող հզորության նվազմանը մոտ 20%-ով, իսկ k-ի 0,25-ից 0,18-ի կրճատումը կբարձրացնի այն:մոտ 27-30%-ով մեկ փականով Հեղուկին տրվող հզորությունը:Ի վերջո, k-ի ազդեցությունը կայուն թիավարման ֆլոկուլատորի նախագծման վրա պետք է ուսումնասիրվի տեխնիկական քանակականացման միջոցով:
Սայթաքման ճշգրիտ էմպիրիկ քանակականացումը պահանջում է հոսքի պատկերացում և մոդելավորում:Հետևաբար, կարևոր է նկարագրել սայրի շոշափելի արագությունը ջրի մեջ որոշակի պտտման արագությամբ՝ լիսեռից տարբեր շառավղային հեռավորությունների վրա և ջրի մակերևույթից տարբեր խորություններում՝ սայրերի տարբեր դիրքերի ազդեցությունը գնահատելու համար:
Այս ուսումնասիրության մեջ ֆլոկուլյացիայի հիդրոդինամիկան գնահատվում է տուրբուլենտ հոսքի արագության դաշտի փորձարարական և թվային հետազոտությամբ լաբորատոր մասշտաբով թիավարման ֆլոկուլատորում:PIV-ի չափումները գրանցվում են ֆլոկուլյատորի վրա՝ ստեղծելով ժամանակի միջինացված արագության ուրվագծեր, որոնք ցույց են տալիս տերևների շուրջ ջրի մասնիկների արագությունը:Բացի այդ, ANSYS-Fluent CFD-ն օգտագործվել է ֆլոկուլյատորի ներսում պտտվող հոսքը մոդելավորելու և ժամանակի միջինացված արագության ուրվագծեր ստեղծելու համար:Ստացված CFD մոդելը հաստատվել է՝ գնահատելով PIV-ի և CFD-ի արդյունքների համապատասխանությունը:Այս աշխատանքի հիմնական շեշտը դրված է սայթաքման k գործակիցի քանակականացման վրա, որը թիավարման ֆլոկուլյատորի նախագծման առանց հարթության պարամետր է:Այստեղ ներկայացված աշխատանքը նոր հիմք է տալիս սայթաքման k գործակիցը քանակականացնելու համար 3 ​​ռ/րոպ և 4 պտույտ/րոպե ցածր արագություններում:Արդյունքների հետևանքները ուղղակիորեն նպաստում են ֆլոկուլյացիոն տանկի հիդրոդինամիկայի ավելի լավ ըմբռնմանը:
Լաբորատոր ֆլոկուլյատորը բաղկացած է բաց վերևով ուղղանկյուն տուփից՝ ընդհանուր բարձրությունը 147 սմ, բարձրությունը 39 սմ, ընդհանուր լայնությունը 118 սմ և ընդհանուր երկարությունը 138 սմ (նկ. 1):Camp49-ի կողմից մշակված հիմնական նախագծման չափանիշները օգտագործվել են լաբորատոր մասշտաբով թիավարման ֆլոկուլատորի նախագծման և ծավալային վերլուծության սկզբունքները կիրառելու համար:Փորձարարական հաստատությունը կառուցվել է Լիբանանի ամերիկյան համալսարանի շրջակա միջավայրի ճարտարագիտական ​​լաբորատորիայում (Բիբլոս, Լիբանան):
Հորիզոնական առանցքը գտնվում է ներքևից 60 սմ բարձրության վրա և տեղավորում է թիավարման երկու անիվ:Թիավարի յուրաքանչյուր անիվը բաղկացած է 4 թիակներից, որոնց վրա 3 թիակ կա՝ ընդհանուր 12 թիակի համար:Ֆլոկուլյացիայի համար անհրաժեշտ է մեղմ հուզում 2-ից 6 պտ/րոպում ցածր արագությամբ:Ամենատարածված խառնման արագությունները ֆլոկուլատորներում 3 ռ/րոպ և 4 պտ/րոպ են:Լաբորատոր մասշտաբով ֆլոկուլյատորի հոսքը նախատեսված է խմելու ջրի մաքրման կայանի ֆլոկուլյացիոն տանկի խցիկում հոսքը ներկայացնելու համար:Հզորությունը հաշվարկվում է՝ օգտագործելով ավանդական 42 հավասարումը:Երկու պտտման արագությունների համար արագության գրադիենտը \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) 10-ից մեծ է \({\text{sec}}^{-{1}}\) , Ռեյնոլդսի թիվը ցույց է տալիս տուրբուլենտ հոսքը (Աղյուսակ 1):
PIV-ն օգտագործվում է շատ մեծ թվով կետերում միաժամանակ հեղուկի արագության վեկտորների ճշգրիտ և քանակական չափումների հասնելու համար50:Փորձարարական կարգավորումը ներառում էր լաբորատոր մասշտաբի թիավարման ֆլոկուլատոր, LaVision PIV համակարգ (2017) և Arduino արտաքին լազերային սենսորային ձգան:Ժամանակի միջին արագության պրոֆիլներ ստեղծելու համար PIV պատկերները հաջորդաբար արձանագրվել են նույն վայրում:PIV համակարգը տրամաչափված է այնպես, որ թիրախային տարածքը գտնվում է որոշակի թիակի թևի երեք շեղբերի երկարության միջին կետում:Արտաքին ձգան բաղկացած է լազերից, որը գտնվում է ֆլոկուլատորի լայնության մի կողմում և սենսորային ընդունիչից՝ մյուս կողմից:Ամեն անգամ, երբ ֆլոկուլյատորի թեւը արգելափակում է լազերային ուղին, ազդանշան է ուղարկվում PIV համակարգին՝ PIV լազերային և տեսախցիկով պատկեր նկարելու համար, որոնք համաժամանակացված են ծրագրավորվող ժամանակային միավորի հետ:Նկ.2-ը ցույց է տալիս PIV համակարգի տեղադրումը և պատկերի ձեռքբերման գործընթացը:
PIV-ի գրանցումը սկսվել է այն բանից հետո, երբ ֆլոկուլյատորը գործարկվել է 5–10 րոպե՝ հոսքը նորմալացնելու և բեկման ինդեքսի նույն դաշտը հաշվի առնելու համար:Չափորոշումն իրականացվում է տրամաչափման ափսեի օգտագործմամբ, որը ընկղմված է ֆլոկուլյատորի մեջ և տեղադրված է հետաքրքրության սայրի երկարության միջին կետում:Կարգավորեք PIV լազերի դիրքը, որպեսզի հարթ լույսի թերթիկ ձևավորվի անմիջապես տրամաչափման ափսեի վերևում:Գրանցեք չափված արժեքները յուրաքանչյուր սայրի պտտման յուրաքանչյուր արագության համար, իսկ փորձի համար ընտրված պտտման արագություններն են՝ 3 ռ/րոպ և 4 պտույտ/րոպե:
PIV-ի բոլոր ձայնագրությունների համար երկու լազերային իմպուլսների միջև ժամանակային ընդմիջումը սահմանվել է 6900-ից մինչև 7700 µs միջակայքում, ինչը թույլ է տվել մասնիկների նվազագույն տեղաշարժը 5 պիքսել:Փորձնական թեստեր են իրականացվել պատկերների քանակի վրա, որոնք անհրաժեշտ են ճշգրիտ ժամանակի միջին չափումներ ստանալու համար:Վեկտորային վիճակագրությունը համեմատվել է 40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240 և 280 պատկեր պարունակող նմուշների համար:Պարզվել է, որ 240 պատկերից բաղկացած նմուշի չափը տալիս է կայուն ժամանակի միջինացված արդյունքներ՝ հաշվի առնելով, որ յուրաքանչյուր պատկեր բաղկացած է երկու շրջանակից:
Քանի որ ֆլոկուլյատորում հոսքը տուրբուլենտ է, փոքր տուրբուլենտ կառույցները լուծելու համար պահանջվում է մի փոքր հարցման պատուհան և մեծ թվով մասնիկներ:Ճշգրտությունն ապահովելու համար կիրառվում են չափերի կրճատման մի քանի կրկնություններ՝ խաչաձև հարաբերակցության ալգորիթմի հետ մեկտեղ:48×48 փիքսել նախնական ընտրության պատուհանի չափը 50% համընկնումով և մեկ հարմարվողական գործընթացին հաջորդեց 32×32 փիքսել վերջնական ընտրության պատուհանի չափը՝ 100% համընկնմամբ և երկու հարմարվողական գործընթաց:Բացի այդ, որպես հոսքի մեջ որպես սերմերի մասնիկներ օգտագործվել են ապակե խոռոչ գնդիկներ, որոնք թույլ են տվել առնվազն 10 մասնիկ յուրաքանչյուր ընտրական պատուհանում:PIV-ի ձայնագրումը սկսվում է ծրագրավորվող ժամանակային միավորի (PTU) ներսում գտնվող ձգան աղբյուրի կողմից, որը պատասխանատու է լազերային աղբյուրի և տեսախցիկի գործարկման և համաժամացման համար:
Առևտրային CFD փաթեթը ANSYS Fluent v 19.1 օգտագործվել է 3D մոդելը մշակելու և հիմնական հոսքի հավասարումները լուծելու համար:
ANSYS-Fluent-ի միջոցով ստեղծվել է լաբորատոր մասշտաբի թիավարման ֆլոկուլատորի 3D մոդել:Մոդելը պատրաստված է ուղղանկյուն տուփի տեսքով, որը բաղկացած է երկու թիակ անիվներից, որոնք տեղադրված են հորիզոնական առանցքի վրա, ինչպես լաբորատոր մոդելը:Մոդելն առանց ազատ տախտակի ունի 108 սմ բարձրություն, 118 սմ լայնություն և 138 սմ երկարություն։Հարիչի շուրջը ավելացվել է հորիզոնական գլանաձև հարթություն։Գլանաձև հարթության ձևավորումը պետք է իրականացնի ամբողջ խառնիչի պտույտը տեղադրման փուլում և մոդելավորի պտտվող հոսքի դաշտը ֆլոկուլատորի ներսում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3ա-ում:
3D ANSYS-ֆլյուենտ և մոդելային երկրաչափական դիագրամ, ANSYS-fluent ֆլոկուլատորի մարմնի ցանց հետաքրքրության հարթության վրա, ANSYS-fluent դիագրամ հետաքրքրության հարթության վրա:
Մոդելի երկրաչափությունը բաղկացած է երկու շրջանից, որոնցից յուրաքանչյուրը հեղուկ է։Սա ձեռք է բերվում տրամաբանական հանման ֆունկցիայի միջոցով:Նախ տուփից հանեք մխոցը (ներառյալ խառնիչը) հեղուկը ներկայացնելու համար:Այնուհետև մխոցից հանեք հարիչը՝ ստացվելով երկու առարկա՝ հարիչը և հեղուկը։Վերջապես, երկու տարածքների միջև կիրառվեց սահող միջերես՝ գլան-գլան միջերես և գլան-խառնիչ միջերես (նկ. 3ա):
Կառուցված մոդելների ցանցավորումն ավարտվել է՝ բավարարելու տուրբուլենտության մոդելների պահանջները, որոնք կօգտագործվեն թվային սիմուլյացիաների իրականացման համար:Օգտագործվել է պինդ մակերեսի մոտ ընդլայնված շերտերով չկառուցված ցանց։Ստեղծեք ընդարձակման շերտեր բոլոր պատերի համար 1.2 աճի տեմպերով, որպեսզի ապահովվի, որ բարդ հոսքի ձևերը ֆիքսվեն, առաջին շերտի հաստությամբ \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) մ է, որպեսզի ապահովվի, որ \ ( {\ text {y))^{+}\le 1.0\):Մարմնի չափը ճշգրտվում է քառաեդրոնի տեղադրման մեթոդով:Ստեղծվել է երկու միջերեսի առջևի չափս՝ 2,5 × \({10}^{-3}\) մ տարրի չափով, և խառնիչի առջևի չափսը՝ 9 × \({10}^{-3}\ ) մ կիրառվում է.Նախնական առաջացած ցանցը բաղկացած էր 2144409 տարրերից (նկ. 3b):
Որպես սկզբնական բազային մոդել ընտրվել է երկու պարամետրով k–ε տուրբուլենտության մոդելը:Ֆլոկուլյատորի ներսում պտտվող հոսքը ճշգրիտ մոդելավորելու համար ընտրվել է հաշվողականորեն ավելի թանկ մոդել:Ֆլոկուլատորի ներսում տուրբուլենտ պտտվող հոսքը թվայինորեն հետազոտվել է՝ օգտագործելով երկու CFD մոդելներ՝ SST k–ω51 և IDDES52:Երկու մոդելների արդյունքները համեմատվել են փորձարարական PIV արդյունքների հետ՝ մոդելները վավերացնելու համար:Նախ, SST k-ω տուրբուլենտության մոդելը երկու հավասարումներով տուրբուլենտ մածուցիկության մոդել է հեղուկների դինամիկայի կիրառությունների համար:Սա հիբրիդային մոդել է, որը համատեղում է Wilcox k-ω և k-ε մոդելները:Mixing ֆունկցիան ակտիվացնում է Wilcox մոդելը պատի մոտ, իսկ k-ε մոդելը մոտակա հոսքում:Սա ապահովում է, որ ճիշտ մոդելը օգտագործվում է ողջ հոսքի դաշտում:Այն ճշգրիտ կանխատեսում է հոսքի տարանջատումը անբարենպաստ ճնշման գրադիենտների պատճառով:Երկրորդ, ընտրվել է Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) մեթոդը, որը լայնորեն կիրառվում է Individual Eddy Simulation (DES) մոդելում՝ SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) մոդելով:IDDES-ը հիբրիդային RANS-LES (մեծ պտտվող սիմուլյացիա) մոդել է, որն ապահովում է ավելի ճկուն և օգտագործողի համար հարմար լուծումների մասշտաբման (SRS) մոդելավորման մոդել:Այն հիմնված է LES մոդելի վրա՝ մեծ պտույտները լուծելու համար և վերադառնում է SST k-ω՝ փոքր մասշտաբի պտույտները մոդելավորելու համար:SST k–ω և IDDES մոդելավորումների արդյունքների վիճակագրական վերլուծությունները համեմատվել են PIV արդյունքների հետ՝ մոդելը հաստատելու համար:
Որպես սկզբնական բազային մոդել ընտրվել է երկու պարամետրով k–ε տուրբուլենտության մոդելը:Ֆլոկուլյատորի ներսում պտտվող հոսքը ճշգրիտ մոդելավորելու համար ընտրվել է հաշվողականորեն ավելի թանկ մոդել:Ֆլոկուլատորի ներսում տուրբուլենտ պտտվող հոսքը թվայինորեն հետազոտվել է՝ օգտագործելով երկու CFD մոդելներ՝ SST k–ω51 և IDDES52:Երկու մոդելների արդյունքները համեմատվել են փորձարարական PIV արդյունքների հետ՝ մոդելները վավերացնելու համար:Նախ, SST k-ω տուրբուլենտության մոդելը երկու հավասարումներով տուրբուլենտ մածուցիկության մոդել է հեղուկների դինամիկայի կիրառությունների համար:Սա հիբրիդային մոդել է, որը համատեղում է Wilcox k-ω և k-ε մոդելները:Mixing ֆունկցիան ակտիվացնում է Wilcox մոդելը պատի մոտ, իսկ k-ε մոդելը մոտակա հոսքում:Սա ապահովում է, որ ճիշտ մոդելը օգտագործվում է ողջ հոսքի դաշտում:Այն ճշգրիտ կանխատեսում է հոսքի տարանջատումը անբարենպաստ ճնշման գրադիենտների պատճառով:Երկրորդ, ընտրվել է Advanced Deferred Eddy Simulation (IDDES) մեթոդը, որը լայնորեն կիրառվում է Individual Eddy Simulation (DES) մոդելում՝ SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) մոդելով:IDDES-ը հիբրիդային RANS-LES (մեծ պտտվող սիմուլյացիա) մոդել է, որն ապահովում է ավելի ճկուն և օգտագործողի համար հարմար լուծումների մասշտաբման (SRS) մոդելավորման մոդել:Այն հիմնված է LES մոդելի վրա՝ մեծ պտույտները լուծելու համար և վերադառնում է SST k-ω՝ փոքր մասշտաբի պտույտները մոդելավորելու համար:SST k–ω և IDDES մոդելավորումների արդյունքների վիճակագրական վերլուծությունները համեմատվել են PIV արդյունքների հետ՝ մոդելը հաստատելու համար:
Օգտագործեք ճնշման վրա հիմնված անցողիկ լուծիչ և օգտագործեք ձգողականությունը Y ուղղությամբ:Պտտումը կատարվում է խառնիչին ցանցային շարժում նշանակելով, որտեղ պտտման առանցքի սկզբնաղբյուրը գտնվում է հորիզոնական առանցքի կենտրոնում, իսկ պտտման առանցքի ուղղությունը՝ Z ուղղությամբ:Ստեղծվում է ցանցային ինտերֆեյս երկու մոդելի երկրաչափական ինտերֆեյսների համար, ինչը հանգեցնում է երկու սահմանափակող տուփի եզրերին:Ինչպես փորձարարական տեխնիկայում, պտտման արագությունը համապատասխանում է 3 և 4 պտույտի:
Խառնիչի և ֆլոկուլյատորի պատերի սահմանային պայմանները սահմանվել են պատով, իսկ ֆլոկուլյատորի վերին բացվածքը՝ զրոյական չափիչ ճնշում ունեցող ելքով (նկ. 3c):Հասարակ ճնշում-արագության հաղորդակցման սխեման, երկրորդ կարգի ֆունկցիաների գրադիենտ տարածության դիսկրետացում՝ բոլոր պարամետրերով, որոնք հիմնված են նվազագույն քառակուսիների տարրերի վրա:Բոլոր հոսքի փոփոխականների համար կոնվերգենցիայի չափանիշը մասշտաբային մնացորդն է 1 x \({10}^{-3}\):Յուրաքանչյուր ժամանակային քայլի կրկնությունների առավելագույն քանակը 20 է, իսկ ժամանակային քայլի չափը համապատասխանում է 0,5° ռոտացիայի:Լուծումը համընկնում է SST k–ω մոդելի 8-րդ կրկնման ժամանակ և IDDES-ի միջոցով 12-րդ կրկնության ժամանակ:Բացի այդ, ժամանակային քայլերի քանակը հաշվարկվել է այնպես, որ խառնիչը կատարի առնվազն 12 պտույտ:Կիրառել տվյալների նմուշառում ժամանակի վիճակագրության համար 3 ​​պտույտից հետո, ինչը թույլ է տալիս նորմալացնել հոսքը, ինչպես փորձարարական ընթացակարգին:Յուրաքանչյուր պտույտի համար արագության օղակների ելքը համեմատելը տալիս է ճիշտ նույն արդյունքները վերջին չորս պտույտների համար՝ ցույց տալով, որ կայուն վիճակ է ձեռք բերվել:Լրացուցիչ պտույտները չեն բարելավել միջին արագության ուրվագծերը:
Ժամկետային քայլը սահմանվում է ռոտացիայի արագության հետ կապված՝ 3 պտ/րոպ կամ 4 պտույտ/րոպե:Ժամկետային քայլը ճշգրտվում է մինչև այն ժամանակը, որն անհրաժեշտ է խառնիչը 0,5°-ով պտտելու համար:Սա բավարար է, քանի որ լուծումը հեշտությամբ համընկնում է, ինչպես նկարագրված է նախորդ բաժնում:Այսպիսով, տուրբուլենտության երկու մոդելների բոլոր թվային հաշվարկներն իրականացվել են՝ օգտագործելով փոփոխված ժամանակային քայլը 0,02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) 3 rpm-ի համար, 0,0208 \(\stackrel{ \mathrm{-}: {3}\) 4 պտ/րոպ.Տրված ճշգրտման ժամանակային քայլի համար բջջի Կուրանտի թիվը միշտ 1,0-ից փոքր է:
Մոդել-ցանց կախվածությունը ուսումնասիրելու համար արդյունքները սկզբում ստացվեցին՝ օգտագործելով սկզբնական 2.14M ցանցը, այնուհետև՝ զտված 2.88M ցանցը:Ցանցի ճշգրտումը ձեռք է բերվում խառնիչի մարմնի բջջի չափը 9 × \({10}^{-3}\) մ-ից նվազեցնելով 7 × \({10}^{-3}\) մ-ի:Երկու մոդելների տուրբուլենտության սկզբնական և նուրբ ցանցերի համար համեմատվել են արագության մոդուլների միջին արժեքները սայրի շուրջ տարբեր վայրերում:Արդյունքների միջև տոկոսային տարբերությունը 1,73% է SST k–ω մոդելի համար և 3,51% IDDES մոդելի համար:IDDES-ը ցույց է տալիս ավելի բարձր տոկոսային տարբերություն, քանի որ դա հիբրիդային RANS-LES մոդել է:Այս տարբերությունները համարվում էին աննշան, ուստի մոդելավորումն իրականացվել է 2,14 միլիոն տարր ունեցող սկզբնական ցանցի օգտագործմամբ և 0,5° պտտման ժամանակի քայլով:
Փորձարարական արդյունքների վերարտադրելիությունը հետազոտվել է վեց փորձերից յուրաքանչյուրը երկրորդ անգամ կատարելով և արդյունքները համեմատելով:Համեմատեք արագության արժեքները սայրի կենտրոնում երկու սերիայի փորձերում:Երկու փորձարարական խմբերի միջին տոկոսային տարբերությունը կազմել է 3,1%:PIV համակարգը նույնպես ինքնուրույն վերահաշվառվել է յուրաքանչյուր փորձի համար:Համեմատեք յուրաքանչյուր սայրի կենտրոնում վերլուծական հաշվարկված արագությունը նույն տեղում գտնվող PIV արագության հետ:Այս համեմատությունը ցույց է տալիս տարբերությունը 6,5% առավելագույն տոկոսային սխալի դեպքում սայր 1-ի համար:
Նախքան սայթաքման գործոնը քանակականացնելը, անհրաժեշտ է գիտականորեն հասկանալ սայթաքման հայեցակարգը թիավարման ֆլոկուլատորում, որը պահանջում է ուսումնասիրել հոսքի կառուցվածքը թիակների շուրջը:Հայեցակարգային առումով սայթաքման գործակիցը ներկառուցված է թիակային ֆլոկուլյատորների նախագծման մեջ՝ հաշվի առնելու շեղբերների արագությունը ջրի նկատմամբ:Գրականությունը խորհուրդ է տալիս, որ այս արագությունը լինի սայրի արագության 75%-ը, ուստի դիզայնի մեծ մասը սովորաբար օգտագործում է ak 0,25՝ այս ճշգրտումը հաշվի առնելու համար:Սա պահանջում է PIV-ի փորձարկումներից ստացված արագության հոսքագծերի օգտագործում՝ հոսքի արագության դաշտը լիովին հասկանալու և այս սայթաքումն ուսումնասիրելու համար:Սայր 1-ը լիսեռին ամենամոտ սայրն է, սայրը 3-ը ամենաարտաքին սայրն է, իսկ սայրը 2-ը միջին սայրն է:
Սայրի 1-ի արագության գծերը ցույց են տալիս սայրի շուրջ ուղիղ պտտվող հոսք:Այս հոսքի օրինաչափությունները բխում են սայրի աջ կողմում գտնվող մի կետից, ռոտորի և սայրի միջև:Նկար 4ա-ում կարմիր կետավոր տուփով նշված տարածքին նայելով՝ հետաքրքիր է բացահայտել սայրի վերևում և շուրջը վերաշրջանառության հոսքի ևս մեկ ասպեկտ:Հոսքի վիզուալիզացիան ցույց է տալիս փոքր հոսք դեպի վերաշրջանառության գոտի:Այս հոսքը մոտենում է սայրի աջ կողմից՝ սայրի ծայրից մոտ 6 սմ բարձրության վրա, հնարավոր է սայրին նախորդող ձեռքի առաջին սայրի ազդեցությամբ, որը տեսանելի է նկարում։Հոսքի վիզուալիզացիան 4 rpm-ով ցույց է տալիս նույն վարքը և կառուցվածքը, ըստ երևույթին, ավելի բարձր արագություններով:
Երեք շեղբերների արագության դաշտի և հոսանքի գրաֆիկները երկու պտտման արագությամբ՝ 3 ռ/րոպ և 4 պտույտ/րոպե:Երեք շեղբերների առավելագույն միջին արագությունը 3 պտ/րոպում համապատասխանաբար 0,15 մ/վ, 0,20 մ/վ և 0,16 մ/վ է, իսկ առավելագույն միջին արագությունը 4 պտ/վ-ում՝ 0,15 մ/վ, 0,22 մ/վ և 0,22 մ/։ s, համապատասխանաբար.երեք թերթիկի վրա.
Պտուտակային հոսքի մեկ այլ ձև է հայտնաբերվել 1-ին և 2-րդ թիակների միջև: Վեկտորային դաշտը հստակ ցույց է տալիս, որ ջրի հոսքը շարժվում է դեպի վեր 2-րդ թիակի ներքևից, ինչպես ցույց է տալիս վեկտորի ուղղությունը:Ինչպես ցույց է տրված Նկար 4b-ի կետավոր տուփը, այս վեկտորները շեղբերի մակերեսից ուղղահայաց վերև չեն գնում, այլ թեքվում են դեպի աջ և աստիճանաբար իջնում:Սայրի 1-ի մակերեսի վրա առանձնանում են վայրընթաց վեկտորներ, որոնք մոտենում են երկու սայրերին և շրջապատում նրանց միջև ձևավորված վերաշրջանառության հոսքից։Նույն հոսքի կառուցվածքը որոշվել է երկու պտույտի արագության դեպքում՝ ավելի բարձր արագության ամպլիտուդով՝ 4 rpm:
Սայր 3-ի արագության դաշտը զգալի ներդրում չունի նախորդ սայրի արագության վեկտորից, որը միանում է 3-րդ սայրի տակ գտնվող հոսքին: Սայր 3-ի տակ գտնվող հիմնական հոսքը պայմանավորված է ջրի հետ բարձրացող ուղղահայաց արագության վեկտորով:
Արագության վեկտորները սայր 3-ի մակերեսի վրա կարելի է բաժանել երեք խմբի, ինչպես ցույց է տրված Նկար 4c-ում:Առաջին հավաքածուն սայրի աջ եզրին դրված հավաքածուն է:Այս դիրքում հոսքի կառուցվածքը ուղիղ դեպի աջ և վեր է (այսինքն՝ դեպի սայր 2):Երկրորդ խումբը սայրի կեսն է:Այս դիրքի արագության վեկտորն ուղղված է ուղիղ դեպի վեր, առանց որևէ շեղման և առանց պտույտի:Արագության արժեքի նվազումը որոշվել է սայրի ծայրից բարձր բարձրության աճով:Երրորդ խմբի համար, որը գտնվում է շեղբերների ձախ ծայրամասում, հոսքը անմիջապես ուղղվում է դեպի ձախ, այսինքն՝ դեպի ֆլոկուլյատորի պատը։Արագության վեկտորով ներկայացված հոսքի մեծ մասը բարձրանում է, իսկ հոսքի մի մասը՝ հորիզոնական ներքև:
Երկու տուրբուլենցիայի մոդելներ՝ SST k–ω և IDDES, օգտագործվել են միջինացված ժամանակով արագության պրոֆիլներ կառուցելու համար 3 ​​rpm և 4 rpm սայրի միջին երկարության հարթությունում:Ինչպես ցույց է տրված Նկար 5-ում, կայուն վիճակը ձեռք է բերվում չորս հաջորդական պտույտների արդյունքում ստեղծված արագության ուրվագծերի միջև բացարձակ նմանության հասնելու միջոցով:Բացի այդ, IDDES-ի կողմից առաջացած ժամանակի միջինացված արագության ուրվագծերը ցույց են տրված Նկար 6ա-ում, մինչդեռ SST k – ω-ի կողմից գեներացված ժամանակի միջինացված արագության պրոֆիլները ներկայացված են Նկար 6ա-ում:6բ.
Օգտագործելով IDDES-ը և SST k–ω-ի կողմից ստեղծված ժամանակի միջինացված արագության օղակները, IDDES-ն ունի արագության օղակների ավելի մեծ համամասնություն:
Զգուշորեն ուսումնասիրեք IDDES-ով ստեղծված արագության պրոֆիլը 3 rpm-ում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 7-ում: Խառնիչը պտտվում է ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ, և հոսքը քննարկվում է ըստ ցույց տրված նշումների:
Նկ.7 երևում է, որ I քառակուսի 3-րդ սայրի մակերևույթի վրա կա հոսքի տարանջատում, քանի որ հոսքը սահմանափակված չէ վերին անցքի առկայության պատճառով:II քառորդում հոսքի տարանջատում չի նկատվում, քանի որ հոսքը ամբողջությամբ սահմանափակված է ֆլոկուլյատորի պատերով:III քառորդում ջուրը պտտվում է շատ ավելի ցածր կամ ավելի ցածր արագությամբ, քան նախորդ քառորդներում:I և II քառակուսիների ջուրը խառնիչի գործողությամբ շարժվում է (այսինքն՝ պտտվում կամ դուրս է մղվում):Իսկ III քառորդում ջուրը դուրս է մղվում խառնիչի շեղբերով։Ակնհայտ է, որ այս վայրի ջրային զանգվածը դիմադրում է մոտեցող ֆլոկուլյատորի թեւին։Այս քառորդում պտտվող հոսքը լիովին առանձնացված է:IV քառակուսի համար օդի հոսքի մեծ մասը վերևում գտնվող 3-ից ուղղվում է դեպի ֆլոկուլյատորի պատը և աստիճանաբար կորցնում է իր չափը, քանի որ բարձրությունը մեծանում է մինչև վերին բացվածքը:
Բացի այդ, կենտրոնական դիրքը ներառում է հոսքի բարդ օրինաչափություններ, որոնք գերակշռում են III և IV քառորդներում, ինչպես ցույց են տալիս կապույտ կետավոր էլիպսները:Այս նշված տարածքը ոչ մի կապ չունի պտտվող հոսքի հետ թիավարման ֆլոկուլյատորում, քանի որ պտտվող շարժումը կարելի է նույնացնել:Սա ի տարբերություն I և II քառորդների, որտեղ կա հստակ տարանջատում ներքին հոսքի և ամբողջական պտտվող հոսքի միջև:
Ինչպես ցույց է տրված նկ.6, համեմատելով IDDES-ի և SST k-ω արդյունքները, արագության ուրվագծերի հիմնական տարբերությունը արագության մեծությունն է անմիջապես 3-րդ սայրից ներքև: SST k-ω մոդելը հստակ ցույց է տալիս, որ ընդլայնված բարձր արագության հոսքը իրականացվում է սայր 3-ով: IDDES-ի համեմատ:
Մեկ այլ տարբերություն կարելի է գտնել III քառորդում:IDDES-ից, ինչպես նշվեց ավելի վաղ, նշվել է պտտվող հոսքի տարանջատում ֆլոկուլատորի թեւերի միջև:Այնուամենայնիվ, այս դիրքի վրա մեծապես ազդում է ցածր արագության հոսքը անկյուններից և առաջին սայրի ներսից:SST k–ω-ից նույն տեղանքի համար ուրվագծային գծերը ցույց են տալիս համեմատաբար ավելի բարձր արագություններ՝ համեմատած IDDES-ի հետ, քանի որ այլ շրջաններից միաձուլվող հոսք չկա:
Հոսքի վարքագծի և կառուցվածքի ճիշտ ըմբռնման համար անհրաժեշտ է արագության վեկտորային դաշտերի և հոսքագծերի որակական ըմբռնում:Հաշվի առնելով, որ յուրաքանչյուր շեղբն ունի 5 սմ լայնություն, ընտրվել են յոթ արագության կետեր լայնությամբ՝ արագության ներկայացուցչական պրոֆիլը ապահովելու համար:Բացի այդ, արագության մեծության քանակական ըմբռնումը պահանջվում է որպես սայրի մակերևույթից բարձր բարձրության ֆունկցիա՝ արագության պրոֆիլը գծելով անմիջապես յուրաքանչյուր սայրի մակերեսի վրա և 2,5 սմ շարունակական հեռավորության վրա՝ ուղղահայաց մինչև 10 սմ բարձրության վրա:Լրացուցիչ տեղեկությունների համար տե՛ս S1, S2 և S3 նկարում:Հավելված Ա. Նկար 8-ը ցույց է տալիս յուրաքանչյուր շեղբի մակերեսային արագության բաշխման նմանությունը (Y = 0.0), որը ստացվել է PIV փորձերի և ANSYS-Fluent վերլուծության միջոցով IDDES-ի և SST k-ω-ի միջոցով:Երկու թվային մոդելներն էլ հնարավորություն են տալիս ճշգրիտ մոդելավորել հոսքի կառուցվածքը ֆլոկուլատորի շեղբերների մակերեսին:
Արագության բաշխումներ PIV, IDDES և SST k–ω սայրի մակերեսին:X առանցքը ներկայացնում է յուրաքանչյուր թերթիկի լայնությունը միլիմետրերով, որի սկզբնաղբյուրը (0 մմ) ներկայացնում է թերթի ձախ ծայրամասը, իսկ ծայրը (50 մմ) ներկայացնում է թերթի աջ ծայրամասը:
Հստակ երևում է, որ 2-րդ և 3-րդ սայրերի արագության բաշխումները ներկայացված են Նկ.8-ում և Նկ.8-ում:S2-ը և S3-ը Հավելված Ա-ում ցույց են տալիս բարձրության հետ կապված նմանատիպ միտումներ, մինչդեռ 1-ին շեղբը փոխվում է ինքնուրույն:2-րդ և 3-րդ շեղբերների արագության պրոֆիլները դառնում են կատարելապես ուղիղ և ունեն նույն ամպլիտուդը սայրի ծայրից 10 սմ բարձրության վրա:Սա նշանակում է, որ հոսքը այս պահին դառնում է միատեսակ:Սա հստակ երևում է PIV-ի արդյունքներից, որոնք լավ վերարտադրված են IDDES-ի կողմից:Մինչդեռ SST k–ω արդյունքները ցույց են տալիս որոշ տարբերություններ, հատկապես 4 rpm-ում:
Կարևոր է նշել, որ սայր 1-ը բոլոր դիրքերում պահպանում է արագության պրոֆիլի նույն ձևը և բարձրության վրա նորմալացված չէ, քանի որ խառնիչի կենտրոնում ձևավորված պտույտը պարունակում է բոլոր թևերի առաջին սայրը:Բացի այդ, IDDES-ի համեմատ, PIV սայրի արագության պրոֆիլները 2 և 3 ցույց են տվել մի փոքր ավելի բարձր արագության արժեքներ շատ վայրերում, մինչև որ դրանք գրեթե հավասար լինեին սայրի մակերեսից 10 սմ բարձրության վրա: