Совершенствование теоретической модели, определяющей гидродинамику токов в эрлифтных биореакторах-осветлителях

Для выявления полуэмпирической модели турбулентности, которая является наиболее подходящей для расчёта водоворотной зоны эрлифтного биореактора-осветлителя, в программном комплексе FlowVision были приведены расчёты скоростей воды в расчётной области с применением: стандартной k-ε (KES) модели, квадратичной k-ε (KEQ) модели и комбинации k-ε и k-ω моделей (SST).

Входные данные 

• массовая скорость в сечении входа в расчётную область 1 (см. рис. 1) составляет 11 кг/(м²·с), что соответствует интенсивности циркуляции I_ц = 200 м³/(м²·ч);
  
  

• принята интенсивность турбулентности (турбулентная энергия, турбулизация, пульсации) I_t = 0,1 – с учётом рекомендаций, приведённых в интерфейсе препроцессора FlowVision и предварительных поисковых запусков расчёта;

• масштаб турбулентности назначен 0,0095 – из расчёта равенства максимального размера вихря ширине подкозырьковой зоны экспериментальной модели эрлифтного биореактора-осветлителя (0,095 м) и принятой интенсивности турбулентности;

• отсутствует нагрузка на осветлитель (скорость воды в сечении выхода очищенной жидкости 2 равна нулю);

• сечение выхода воды из расчётной области в затопленный эрлифт 3 обозначено как свободный выход.

Рис.1 -  Геометрическая модель эрлифтного биореактора-осветлителя в программном комплексе FlowVision

1 – сечение входа в расчётную область; 2 – сечение выхода очищенной жидкости; 3 – сечение выхода жидкости из расчётной области в затопленный эрлифт; 4 – плоскость №1 для фиксации гидродинамических параметров; 5 – плоскость №2 для фиксации гидродинамических параметров.

Результаты моделирования

Анализ результатов говорит о нецелесообразности применения SST и KES моделей, поскольку вблизи сечения выхода осветлённой жидкости образуются значительные скорости при отрыве от остальных интенсивных потоков. Такой эффект не представляется возможным при нулевой производительности эрлифтного биореактора-осветлителя. 

k-ε модели FlowVision (KEFV) и (KEQ) дают правдоподобные результаты: в подкозырьковой зоне образуется водоворотная зона, наблюдаемая при экспериментальном рассмотрении вопроса. Об этом свидетельствуют кольцевое расположение точек с повышенными скоростями.

Рис.2 - Результаты вычислений величин скорости в плоскости №1 модели эрлифтного биореактора-осветлителя при I_ц = 200 м³/(м²·ч):
а – при использовании SST-модели; б – при использовании стандартной k-ε модели; в – при использовании k-ε модели FlowVision; г - при использовании квадратичной k-ε модели; д – шкала цветового обозначения величин скорости, м/с

Скачать полную версию отчёта: "Совершенствование теоретической модели, определяющей гидродинамику токов в эрлифтных биореакторах-осветлителях".

Работа выполнена студентом, получившим FlowVision бесплатно по программе "Учись студент!"

Материалы публикуются с согласия автора. Права на работу принадлежат автору. Орфография и пунктуация сохранены.