Экспериментальное исследование водоструйного аэратора
Таким образом, установлено, что скорость насыщения кислородом с помощью струйного аэратора в наибольшей степени зависит от длины патрубка. Повышение эффективности струйной аэрации естественных водоемов и биологических прудов. Диссертация. Помогаева В. В. М. 2009 г. Примечание факторы Х2 Высота борта стенок чаши и Х3 Высота чаши над поверхностью воды исключены по программным требованиям… Читать ещё >
Экспериментальное исследование водоструйного аэратора (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Экспериментальное исследование водоструйного аэратора состояло из испытаний в лабораторных условиях, обработки опытных данных, построений линий тока движения воды с помощью программного обеспечения ANSYS. водоструйный аэратор вода движение Цель исследования:
- 1) оптимизация параметров насыщения кислорода с помощью водоструйного аэратора;
- 2) построение компьютерной модели с линиями тока, характеризующими движение воды при заданных рабочих параметрах.
В лабораторных условиях была разработана установка водоструйного аэратора, рис. 1. Планирование опыта и обработка опытных данных осуществлялась по методике активного эксперимента.
Установка водоструйного аэратора, см. рис. 1 включает: 1. резервуар V =0,2 м³; 2. погружной насос, Н=1,8 м, Q=0,33л/с, N=25Вт, установленный внутрь водоаэрационной колонны; 3. водоаэрационная колонна, переменного диаметра, 4. распределительная чаша.
Погружной насос создает турбулизацию потока в водоаэрационной колонне. Образуется барботирование и захват кислорода в верхней части колонны. При изливе воды из колонны в водоаэрационную чашу происходит захват воздуха. В распределительной чаши образуется гидравлический прыжок и перелив в резервуар, способствующий насыщению кислорода.
Параметр оптимизации — скорость насыщения кислородом;
Рис 1 Принципиальная схема установки водоструйного аэратора
Таблица 1.
Факторы варьирования для струйной аэрации.
Фактор | Наименование. | Уровни варьирования. | Интервал варьиров. | |||
; | ||||||
Х1. | Диаметр чаши, мм. | |||||
Х2. | Высота борта стенок чаши, мм. | |||||
Х3. | Высота чаши над поверхностью воды, мм. | |||||
Х4. | Длина патрубка, мм. | |||||
Х5. | Количество патрубков. | 2,5. | 1,5. | |||
Таблица 2.
Матрица планирования дробного факторного эксперимента типа 25−2
№. | Х1. | Х2. | Х3. | Х4. | Х5. | У1. | У2. | Уср | (Уср-У1)2 | Урасч. | (Уср-Урасч)2 | ||
; | ; | 0,306. | 0,352. | 0,329. | 0,001. | 0,433. | 0,011. | ||||||
; | ; | ; | 0,312. | 0,454. | 0,383. | 0,005. | 0,413. | 0,001. | |||||
; | ; | ; | 0,380. | 0,354. | 0,367. | 0,000. | 0,414. | 0,002. | |||||
; | ; | 0,476. | 0,478. | 0,477. | 0,000. | 0,430. | 0,002. | ||||||
; | ; | ; | 0,548. | 0,490. | 0,519. | 0,001. | 0,395. | 0,015. | |||||
; | ; | 0,532. | 0,433. | 0,483. | 0,002. | 0,451. | 0,001. | ||||||
; | ; | 0,476. | 0,482. | 0,479. | 0,000. | 0,454. | 0,001. | ||||||
; | ; | ; | 0,347. | 0,345. | 0,346. | 0,000. | 0,392. | 0,002. | |||||
?3,383. | ?0,009. | ?0,035. | |||||||||||
Хi — факторы процесса Уiопытные данные, время насыщения кислорода, с.
Скорость насыщения кислорода определяли по формуле:
мгО2/л/.
С (О2) — предельная концентрация кислорода 5 мгО2/л.
С учетом критерия Кохрена, Cтьюдента, Фишера получено интерполяционное уравнение процесса:
Где YРАСЧ — время насыщения, мин;
Х4 — длина патрубка, мм.
Значимый фактор Х4 -длина патрубка;
При переходе от кодированных факторов к натуральным получено уравнение описания скорости насыщения кислородом в зависимости от длины патрубка:
Где V— скорость насыщения, м/с.
L— длина патрубка, мм.
Рис. 2 График скорости насыщения от длины патрубка
Таким образом, установлено, что скорость насыщения кислородом с помощью струйного аэратора в наибольшей степени зависит от длины патрубка.
Построение линий тока движения воды при работе водоструйного аэратора проводилось с помощью программного комплекса ANSYS11. Для решения задачи использовались следующие продукты ANSYS 11: ICEM CFD, CFX, PrepPost. Модель водоструйного аэратора, дает наглядное описание движения воды с кривыми линиями токов к патрубкам со значениями скоростей, см. рис.2.
Параметры оптимизации:
- 1. линии тока — достаточная или недостаточная заполненность, образование пустых мест в резервуаре;
- 2. средняя скорость V линии тока, м/с.
Таблица 3.
Факторы варьирования.
Фактор | Наименование. | Уровни варьирования. | Интервал варьиров. | |||
; | ||||||
Х1. | Диаметр сечения входа воды в резервуар, мм. | |||||
Х2. | Количество патрубков, шт,. | 2,5. | 1,5. | |||
Х3. | Длина патрубка, см. | |||||
Примечание факторы Х2 Высота борта стенок чаши и Х3 Высота чаши над поверхностью воды исключены по программным требованиям.
Таблица 4.
Матрица планирования полного факторного эксперимента типа 23 и результаты эксперимента.
№. | Х1. | Х2. | Х3. | Опытные данные. | ||
L. | V1. | |||||
; | достаточно. | 1,730. | ||||
; | ; | недостаточно. | ; | |||
; | ; | достаточно. | 1,757. | |||
; | недостаточно. | ; | ||||
; | ; | ; | недостаточно. | ; | ||
; | достаточно. | 2,258. | ||||
; | ; | недостаточно. | ; | |||
достаточно. | 2,282. | |||||
Опыты, в которых линии тока не заполнили весь резервуар, были исключены из дальнейшего расчета. Для оставшихся опытов были определены средние значения скорости м/с2.
Согласно полученным значениям наибольшая скорость составляет 2,282 м/с2 в опыте № 8 при максимальных заданных значения факторов варьирования: Х1- диаметр сечения 310 мм, Х2 — длина патрубка 40 мм, Х3- количество патрубков 4шт.
Рис. 3 Линии тока водоструйного аэратора со следующими параметрами: Х1- диаметр сечения 310 мм, Х2 — длина патрубка 40 мм, Х3- количество патрубков 4 шт
Выводы
- 1. Разработаны модели аэраторов водоструйного типа.
- 2. Оптимизация параметров насыщения кислорода с помощью струйной аэрации показала, что процесс насыщения кислорода в большей степени зависит от длины патрубков.
Определено, что основным фактором насыщения воды кислородом является длина патрубка.
3. Получено уравнение описания скорости насыщения кислородом в зависимости от длины патрубка:
V = 0,4+ 0,001L.
Где V — скорость насыщения,.
L-длина патрубка.
4. Построены линии токов с помощью программного оборудования ANSYS 11 движения воды к патрубкам. Получены значения скорости движения воды при различных рабочих параметров аэратора.
- 1. Ахназарова С. Л. Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М. «Высшая школа» 1978. 365 с.
- 2. Повышение эффективности струйной аэрации естественных водоемов и биологических прудов. Диссертация. Помогаева В. В. М. 2009 г.
- 3. Аэратор водосливной типа ВАр, Технические условия ТУ 4859−002−48 268 309−2003, от 01.07.2003 г. ОКП 485 913. ГР. Ж21. Регистрационный номер № 7 660, от 02.07.2003 г. Госстандарт России, ФГУ РЦСМ.
- 4. Попкович Г. С., Репин Г. Н. Системы аэрации сточных вод. М: Стройиздат, 1986. 136 с.:ил.