Nature.comని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు.మీరు పరిమిత CSS మద్దతుతో బ్రౌజర్ సంస్కరణను ఉపయోగిస్తున్నారు.ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాల్సిందిగా మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా Internet Explorerలో అనుకూలత మోడ్‌ని నిలిపివేయండి).అదనంగా, కొనసాగుతున్న మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ని చూపుతాము.
ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల రంగులరాట్నం ప్రదర్శిస్తుంది.ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల ద్వారా తరలించడానికి మునుపటి మరియు తదుపరి బటన్‌లను ఉపయోగించండి లేదా ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల ద్వారా తరలించడానికి చివర ఉన్న స్లయిడర్ బటన్‌లను ఉపయోగించండి.
ఈ అధ్యయనంలో, ప్రయోగశాల స్థాయి పాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్‌లో అల్లకల్లోల ప్రవాహ వేగం క్షేత్రం యొక్క ప్రయోగాత్మక మరియు సంఖ్యా పరిశోధన ద్వారా ఫ్లోక్యులేషన్ యొక్క హైడ్రోడైనమిక్స్ మూల్యాంకనం చేయబడుతుంది.పార్టికల్ అగ్రిగేషన్ లేదా ఫ్లోక్ బ్రేకప్‌ను ప్రోత్సహించే అల్లకల్లోల ప్రవాహం సంక్లిష్టమైనది మరియు ఈ పేపర్‌లో SST k-ω మరియు IDDES అనే రెండు అల్లకల్లోల నమూనాలను ఉపయోగించి పరిగణించబడుతుంది మరియు పోల్చబడుతుంది.SST k-ω కంటే IDDES చాలా చిన్న మెరుగుదలను అందిస్తుందని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి, ఇది ప్యాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్‌లో ప్రవాహాన్ని ఖచ్చితంగా అనుకరించడానికి సరిపోతుంది.PIV మరియు CFD ఫలితాల కలయికను పరిశోధించడానికి మరియు ఉపయోగించిన CFD టర్బులెన్స్ మోడల్ ఫలితాలను పోల్చడానికి ఫిట్ స్కోర్ ఉపయోగించబడుతుంది.అధ్యయనం స్లిప్ ఫ్యాక్టర్ kని లెక్కించడంపై దృష్టి సారిస్తుంది, ఇది సాధారణ సాధారణ విలువ 0.25తో పోలిస్తే 3 మరియు 4 rpm తక్కువ వేగంతో 0.18 ఉంటుంది.k ను 0.25 నుండి 0.18కి తగ్గించడం వలన ద్రవానికి పంపిణీ చేయబడిన శక్తి దాదాపు 27-30% పెరుగుతుంది మరియు వేగం ప్రవణత (G) సుమారు 14% పెరుగుతుంది.దీని అర్థం ఊహించిన దానికంటే ఎక్కువ ఇంటెన్సివ్ మిక్సింగ్ సాధించబడుతుంది, అందువల్ల తక్కువ శక్తి వినియోగించబడుతుంది మరియు అందువల్ల తాగునీటి శుద్ధి కర్మాగారంలోని ఫ్లోక్యులేషన్ యూనిట్‌లో శక్తి వినియోగం తక్కువగా ఉంటుంది.
నీటి శుద్దీకరణలో, కోగ్యులెంట్‌ల జోడింపు చిన్న ఘర్షణ కణాలు మరియు మలినాలను అస్థిరపరుస్తుంది, తర్వాత అవి ఫ్లోక్యులేషన్ దశలో ఫ్లోక్యులేషన్‌ను ఏర్పరుస్తాయి.రేకులు వదులుగా బంధించబడిన ద్రవ్యరాశి యొక్క ఫ్రాక్టల్ కంకరలు, ఇవి స్థిరపడటం ద్వారా తొలగించబడతాయి.కణ లక్షణాలు మరియు ద్రవ మిక్సింగ్ పరిస్థితులు ఫ్లోక్యులేషన్ మరియు చికిత్స ప్రక్రియ యొక్క సామర్థ్యాన్ని నిర్ణయిస్తాయి.ఫ్లోక్యులేషన్‌కు సాపేక్షంగా తక్కువ వ్యవధిలో నెమ్మదిగా ఆందోళన అవసరం మరియు పెద్ద పరిమాణంలో నీటిని కదిలించడానికి చాలా శక్తి అవసరం1.
ఫ్లోక్యులేషన్ సమయంలో, మొత్తం వ్యవస్థ యొక్క హైడ్రోడైనమిక్స్ మరియు కోగ్యులెంట్-పార్టికల్ ఇంటరాక్షన్ యొక్క కెమిస్ట్రీ స్థిరమైన కణ పరిమాణం పంపిణీని సాధించే రేటును నిర్ణయిస్తాయి2.కణాలు ఢీకొన్నప్పుడు, అవి ఒకదానికొకటి అంటుకుంటాయి3.Oyegbile, Ay4 బ్రౌనియన్ డిఫ్యూజన్, ఫ్లూయిడ్ షీర్ మరియు డిఫరెన్షియల్ సెటిల్లింగ్ యొక్క ఫ్లోక్యులేషన్ ట్రాన్స్‌పోర్ట్ మెకానిజమ్‌లపై ఆధారపడి ఉంటుందని నివేదించింది.రేకులు ఢీకొన్నప్పుడు, అవి పెరుగుతాయి మరియు నిర్దిష్ట పరిమాణ పరిమితిని చేరుకుంటాయి, ఇది విచ్ఛిన్నానికి దారితీస్తుంది, ఎందుకంటే రేకులు హైడ్రోడైనమిక్ శక్తుల శక్తిని తట్టుకోలేవు5.ఈ విరిగిన రేకులు కొన్ని చిన్నవిగా లేదా అదే పరిమాణంలో మళ్లీ కలిసిపోతాయి.అయినప్పటికీ, బలమైన రేకులు ఈ శక్తిని నిరోధించగలవు మరియు వాటి పరిమాణాన్ని కొనసాగించగలవు మరియు పెరుగుతాయి7.యుక్సెలెన్ మరియు గ్రెగోరీ8 రేకులు నాశనం చేయడం మరియు వాటి పునరుత్పత్తి సామర్థ్యానికి సంబంధించిన అధ్యయనాలపై నివేదించారు, ఇది కోలుకోలేనిది పరిమితం అని చూపిస్తుంది.బ్రిడ్జ్‌మాన్, జెఫెర్సన్ 9 స్థానిక వేగం ప్రవణతల ద్వారా ఫ్లోక్ నిర్మాణం మరియు ఫ్రాగ్మెంటేషన్‌పై సగటు ప్రవాహం మరియు అల్లకల్లోలం యొక్క స్థానిక ప్రభావాన్ని అంచనా వేయడానికి CFDని ఉపయోగించారు.రోటర్ బ్లేడ్‌లతో అమర్చబడిన ట్యాంకులలో, గడ్డకట్టే దశలో అవి తగినంతగా అస్థిరపరచబడినప్పుడు కంకరలు ఇతర కణాలతో ఢీకొనే వేగాన్ని మార్చడం అవసరం.CFDని మరియు 15 rpm తక్కువ భ్రమణ వేగాన్ని ఉపయోగించడం ద్వారా, వడసరుక్కై మరియు గాగ్నోన్ 11 శంఖాకార బ్లేడ్‌లతో ఫ్లోక్యులేషన్ కోసం G విలువలను సాధించగలిగాయి, తద్వారా ఆందోళన కోసం విద్యుత్ వినియోగాన్ని తగ్గిస్తుంది.అయినప్పటికీ, అధిక G విలువలతో ఆపరేషన్ ఫ్లోక్యులేషన్‌కు దారితీయవచ్చు.పైలట్ పాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క సగటు వేగం ప్రవణతను నిర్ణయించడంలో మిక్సింగ్ వేగం యొక్క ప్రభావాన్ని వారు పరిశోధించారు.అవి 5 rpm కంటే ఎక్కువ వేగంతో తిరుగుతాయి.
Korpijärvi, Ahlstedt12 ట్యాంక్ టెస్ట్ బెంచ్‌పై ఫ్లో ఫీల్డ్‌ను అధ్యయనం చేయడానికి నాలుగు వేర్వేరు అల్లకల్లోల నమూనాలను ఉపయోగించింది.వారు ప్రవాహ క్షేత్రాన్ని లేజర్ డాప్లర్ ఎనిమోమీటర్ మరియు PIVతో కొలుస్తారు మరియు లెక్కించిన ఫలితాలను కొలిచిన ఫలితాలతో పోల్చారు.de Oliveira మరియు Donadel13 CFDని ఉపయోగించి హైడ్రోడైనమిక్ లక్షణాల నుండి వేగం ప్రవణతలను అంచనా వేయడానికి ప్రత్యామ్నాయ పద్ధతిని ప్రతిపాదించారు.ప్రతిపాదిత పద్ధతి హెలికల్ జ్యామితి ఆధారంగా ఆరు ఫ్లోక్యులేషన్ యూనిట్లలో పరీక్షించబడింది.ఫ్లోక్యులెంట్స్‌పై నిలుపుదల సమయం యొక్క ప్రభావాన్ని అంచనా వేసింది మరియు తక్కువ నిలుపుదల సమయాలతో హేతుబద్ధమైన సెల్ డిజైన్‌కు మద్దతు ఇవ్వడానికి ఒక సాధనంగా ఉపయోగించగల ఫ్లోక్యులేషన్ మోడల్‌ను ప్రతిపాదించింది.ఝాన్, You15 పూర్తి స్థాయి ఫ్లోక్యులేషన్‌లో ఫ్లో లక్షణాలు మరియు ఫ్లోక్ ప్రవర్తనను అనుకరించడానికి CFD మరియు పాపులేషన్ బ్యాలెన్స్ మోడల్‌ను కలిపి ప్రతిపాదించారు.లానో-సెర్నా, కోరల్-పోర్టిల్లో16 కొలంబియాలోని విటెర్బోలోని నీటి శుద్ధి కర్మాగారంలో కాక్స్-రకం హైడ్రోఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క ప్రవాహ లక్షణాలను పరిశోధించింది.CFD దాని ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నప్పటికీ, లెక్కల్లో సంఖ్యాపరమైన లోపాలు వంటి పరిమితులు కూడా ఉన్నాయి.కాబట్టి, పొందబడిన ఏవైనా సంఖ్యా ఫలితాలను జాగ్రత్తగా పరిశీలించి, క్లిష్టమైన తీర్మానాలను రూపొందించడానికి విశ్లేషించాలి.క్షితిజ సమాంతర బాఫిల్ ఫ్లోక్యులేటర్‌ల రూపకల్పనపై సాహిత్యంలో కొన్ని అధ్యయనాలు ఉన్నాయి, అయితే హైడ్రోడైనమిక్ ఫ్లోక్యులేటర్‌ల రూపకల్పనకు సిఫార్సులు పరిమితం.చెన్, Liao19 వ్యక్తిగత కణాల నుండి చెల్లాచెదురుగా ఉన్న కాంతి యొక్క ధ్రువణ స్థితిని కొలవడానికి ధ్రువణ కాంతి యొక్క వికీర్ణం ఆధారంగా ఒక ప్రయోగాత్మక సెటప్‌ను ఉపయోగించారు.ఫెంగ్, జాంగ్20 గడ్డకట్టిన ప్లేట్ ఫ్లోక్యులేటర్ మరియు అంతర్-ముడతలుగల ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క ఫ్లో ఫీల్డ్‌లో ఎడ్డీ కరెంట్స్ మరియు స్విర్ల్ పంపిణీని అనుకరించడానికి Ansys-ఫ్లూయెంట్‌ను ఉపయోగించారు.Ansys-Fluentని ఉపయోగించి ఫ్లోక్యులేటర్‌లో అల్లకల్లోలమైన ద్రవ ప్రవాహాన్ని అనుకరించిన తర్వాత, Gavi21 ఫ్లోక్యులేటర్‌ను రూపొందించడానికి ఫలితాలను ఉపయోగించింది.స్పైరల్ ట్యూబ్ ఫ్లోక్యులేటర్‌ల ఫ్లూయిడ్ డైనమిక్స్ మరియు ఫ్లోక్యులేషన్ ప్రక్రియ మధ్య సంబంధం హేతుబద్ధమైన డిజైన్‌కు మద్దతు ఇవ్వడానికి ఇప్పటికీ సరిగా అర్థం చేసుకోలేదని వానెలీ మరియు టీక్సీరా22 నివేదించారు.de Oliveira మరియు Costa Teixeira23 సామర్థ్యాన్ని అధ్యయనం చేశారు మరియు భౌతిక ప్రయోగాలు మరియు CFD అనుకరణల ద్వారా స్పైరల్ ట్యూబ్ ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క హైడ్రోడైనమిక్ లక్షణాలను ప్రదర్శించారు.చాలా మంది పరిశోధకులు కాయిల్డ్ ట్యూబ్ రియాక్టర్లు లేదా కాయిల్డ్ ట్యూబ్ ఫ్లోక్యులేటర్లను అధ్యయనం చేశారు.అయినప్పటికీ, వివిధ డిజైన్‌లు మరియు ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులకు ఈ రియాక్టర్‌ల ప్రతిస్పందనపై వివరణాత్మక హైడ్రోడైనమిక్ సమాచారం ఇప్పటికీ లేదు (Sartori, Oliveira24; Oliveira, Teixeira25).Oliveira మరియు Teixeira26 స్పైరల్ ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క సైద్ధాంతిక, ప్రయోగాత్మక మరియు CFD అనుకరణల నుండి అసలైన ఫలితాలను అందజేస్తాయి.Oliveira మరియు Teixeira27 సంప్రదాయ డికాంటర్ సిస్టమ్‌తో కలిపి స్పైరల్ కాయిల్‌ను గడ్డకట్టే-ఫ్లోక్యులేషన్ రియాక్టర్‌గా ఉపయోగించాలని ప్రతిపాదించారు.టర్బిడిటీ రిమూవల్ ఎఫిషియెన్సీ కోసం పొందిన ఫలితాలు ఫ్లోక్యులేషన్‌ను మూల్యాంకనం చేయడానికి సాధారణంగా ఉపయోగించే మోడల్‌లతో పొందిన వాటి నుండి గణనీయంగా భిన్నంగా ఉన్నాయని వారు నివేదిస్తున్నారు, అటువంటి మోడళ్లను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు జాగ్రత్త వహించాలని సూచించారు.Moruzzi మరియు de Oliveira [28] వివిధ ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులలో నిరంతర ఫ్లోక్యులేషన్ ఛాంబర్‌ల వ్యవస్థ యొక్క ప్రవర్తనను రూపొందించారు, ఇందులో ఉపయోగించిన గదుల సంఖ్య మరియు స్థిర లేదా స్కేల్ చేయబడిన సెల్ వేగం ప్రవణతల వినియోగంలో వైవిధ్యాలు ఉన్నాయి.రోంఫోఫాక్, లె మెన్29 క్వాసి-టూ-డైమెన్షనల్ జెట్ క్లీనర్‌లలో తక్షణ వేగాల PIV కొలతలు.వారు ఫ్లోక్యులేషన్ జోన్‌లో బలమైన జెట్-ప్రేరిత ప్రసరణను కనుగొన్నారు మరియు స్థానిక మరియు తక్షణ కోత రేట్లు అంచనా వేశారు.
షా, జోషి30 నివేదిక ప్రకారం డిజైన్‌లను మెరుగుపరచడానికి మరియు వర్చువల్ ఫ్లో లక్షణాలను పొందేందుకు CFD ఒక ఆసక్తికరమైన ప్రత్యామ్నాయాన్ని అందిస్తుంది.ఇది విస్తృతమైన ప్రయోగాత్మక సెటప్‌లను నివారించడానికి సహాయపడుతుంది.నీరు మరియు మురుగునీటి శుద్ధి కర్మాగారాలను విశ్లేషించడానికి CFD ఎక్కువగా ఉపయోగించబడుతోంది (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35).అనేక మంది పరిశోధకులు కెన్ టెస్ట్ పరికరాలు (బ్రిడ్జ్‌మ్యాన్, జెఫెర్సన్36; బ్రిడ్జ్‌మ్యాన్, జెఫెర్సన్5; జార్విస్, జెఫెర్సన్6; వాంగ్, వు34) మరియు చిల్లులు గల డిస్క్ ఫ్లోక్యులేటర్‌లపై ప్రయోగాలు చేశారు.ఇతరులు హైడ్రోఫ్లోక్యులేటర్లను అంచనా వేయడానికి CFDని ఉపయోగించారు (బ్రిడ్జ్‌మ్యాన్, జెఫెర్సన్5; వడసరుక్కై, గాగ్నోన్37).మెకానికల్ ఫ్లోక్యులేటర్‌లు తరచుగా విచ్చిన్నం కావడం మరియు చాలా విద్యుత్తు అవసరం కాబట్టి వాటికి సాధారణ నిర్వహణ అవసరమని Ghawi21 నివేదించింది.
తెడ్డు ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క పనితీరు రిజర్వాయర్ యొక్క హైడ్రోడైనమిక్స్‌పై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటుంది.అటువంటి ఫ్లోక్యులేటర్లలో ప్రవాహ వేగం క్షేత్రాల యొక్క పరిమాణాత్మక అవగాహన లేకపోవడం సాహిత్యంలో స్పష్టంగా గుర్తించబడింది (హౌవ్, హ్యాండ్38; హెండ్రిక్స్ 39).మొత్తం నీటి ద్రవ్యరాశి ఫ్లోక్యులేటర్ ఇంపెల్లర్ యొక్క కదలికకు లోబడి ఉంటుంది, కాబట్టి జారడం ఆశించబడుతుంది.సాధారణంగా, ద్రవ వేగం స్లిప్ ఫ్యాక్టర్ k ద్వారా బ్లేడ్ వేగం కంటే తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది పాడిల్ వీల్ యొక్క వేగానికి నీటి శరీరం యొక్క వేగం యొక్క నిష్పత్తిగా నిర్వచించబడింది.ఫ్లోక్యులేటర్‌ను రూపొందించేటప్పుడు పరిగణించవలసిన మూడు తెలియని అంశాలు ఉన్నాయి, అవి వేగం ప్రవణత, డ్రాగ్ కోఎఫీషియంట్ మరియు బ్లేడ్‌కు సంబంధించి నీటి సాపేక్ష వేగం.
Camp41 హై స్పీడ్ మెషీన్‌లను పరిగణనలోకి తీసుకున్నప్పుడు, వేగం రోటర్ వేగంలో 24% మరియు తక్కువ వేగం గల యంత్రాలకు 32% వరకు ఉంటుంది.సెప్టా లేనప్పుడు, డ్రోస్టే మరియు Ger42 0.25 యొక్క ak విలువను ఉపయోగించారు, అయితే సెప్టా విషయంలో, k 0 నుండి 0.15 వరకు ఉంటుంది.హౌ, Hand38 k అనేది 0.2 నుండి 0.3 పరిధిలో ఉందని సూచిస్తుంది.Hendrix39 అనుభావిక సూత్రాన్ని ఉపయోగించి స్లిప్ ఫ్యాక్టర్‌ను భ్రమణ వేగంతో సంబంధం కలిగి ఉంది మరియు స్లిప్ ఫ్యాక్టర్ కూడా Camp41 ద్వారా స్థాపించబడిన పరిధిలోనే ఉందని నిర్ధారించింది.Bratby43 1.8 నుండి 5.4 rpm వరకు ఇంపెల్లర్ వేగం కోసం k 0.2 మరియు ఇంపెల్లర్ వేగం 0.9 నుండి 3 rpm వరకు 0.35 కి పెరుగుతుందని నివేదించింది.ఇతర పరిశోధకులు విస్తృత శ్రేణి డ్రాగ్ కోఎఫీషియంట్ (Cd) విలువలను 1.0 నుండి 1.8 వరకు మరియు స్లిప్ కోఎఫీషియంట్ k విలువలను 0.25 నుండి 0.40 వరకు నివేదిస్తారు (Feir మరియు Geyer44; Hyde and Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duren47; మరియు Brat48; మరియు Brat48by )క్యాంప్ 41 యొక్క పని నుండి k ని నిర్వచించడం మరియు లెక్కించడంలో సాహిత్యం గణనీయమైన పురోగతిని చూపలేదు.
ఫ్లోక్యులేషన్ ప్రక్రియ అనేది ఘర్షణలను సులభతరం చేయడానికి అల్లకల్లోలం మీద ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇక్కడ వేగం ప్రవణత (G) అల్లకల్లోలం/ఫ్లోక్యులేషన్‌ను కొలవడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.మిక్సింగ్ అనేది నీటిలో రసాయనాలను త్వరగా మరియు సమానంగా చెదరగొట్టే ప్రక్రియ.మిక్సింగ్ స్థాయిని వేగం ప్రవణత ద్వారా కొలుస్తారు:
ఇక్కడ G = వేగం ప్రవణత (sec-1), P = పవర్ ఇన్‌పుట్ (W), V = నీటి పరిమాణం (m3), μ = డైనమిక్ స్నిగ్ధత (Pa s).
ఎక్కువ G విలువ, మరింత మిశ్రమంగా ఉంటుంది.ఏకరీతి గడ్డకట్టడాన్ని నిర్ధారించడానికి పూర్తిగా కలపడం అవసరం.మిక్సింగ్ సమయం (t) మరియు వేగం ప్రవణత (G) అత్యంత ముఖ్యమైన డిజైన్ పారామితులు అని సాహిత్యం సూచిస్తుంది.ఫ్లోక్యులేషన్ ప్రక్రియ అనేది ఘర్షణలను సులభతరం చేయడానికి అల్లకల్లోలం మీద ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇక్కడ వేగం ప్రవణత (G) అల్లకల్లోలం/ఫ్లోక్యులేషన్‌ను కొలవడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.G కోసం సాధారణ డిజైన్ విలువలు 20 నుండి 70 సె–1, t 15 నుండి 30 నిమిషాలు, మరియు Gt (డైమెన్షన్‌లెస్) 104 నుండి 105. ఫాస్ట్ మిక్స్ ట్యాంకులు 700 నుండి 1000 వరకు G విలువలతో ఉత్తమంగా పని చేస్తాయి సుమారు 2 నిమిషాలు.
ఇక్కడ P అనేది ప్రతి ఫ్లోక్యులేటర్ బ్లేడ్ ద్వారా ద్రవానికి అందించబడిన శక్తి, N అనేది భ్రమణ వేగం, b అనేది బ్లేడ్ పొడవు, ρ అనేది నీటి సాంద్రత, r అనేది వ్యాసార్థం మరియు k అనేది స్లిప్ కోఎఫీషియంట్.ఈ సమీకరణం ప్రతి బ్లేడ్‌కు ఒక్కొక్కటిగా వర్తించబడుతుంది మరియు ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క మొత్తం పవర్ ఇన్‌పుట్‌ను అందించడానికి ఫలితాలు సంగ్రహించబడతాయి.ఈ సమీకరణాన్ని జాగ్రత్తగా అధ్యయనం చేస్తే, ప్యాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్ రూపకల్పన ప్రక్రియలో స్లిప్ ఫ్యాక్టర్ k యొక్క ప్రాముఖ్యతను చూపుతుంది.సాహిత్యం k యొక్క ఖచ్చితమైన విలువను పేర్కొనలేదు, బదులుగా గతంలో పేర్కొన్న విధంగా పరిధిని సిఫార్సు చేస్తుంది.అయితే, పవర్ P మరియు స్లిప్ కోఎఫీషియంట్ k మధ్య సంబంధం క్యూబిక్.అందువలన, అన్ని పారామితులు ఒకేలా ఉంటే, ఉదాహరణకు, k 0.25 నుండి 0.3కి మార్చడం వలన బ్లేడ్‌కు ద్రవానికి ప్రసారం చేయబడిన శక్తి సుమారు 20% తగ్గుతుంది మరియు k ను 0.25 నుండి 0.18కి తగ్గించడం ఆమెను పెంచుతుంది.ఒక వేన్‌కు దాదాపు 27-30% ద్వారా శక్తి ద్రవానికి అందించబడుతుంది.అంతిమంగా, స్థిరమైన పాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్ డిజైన్‌పై k ప్రభావం సాంకేతిక పరిమాణీకరణ ద్వారా పరిశోధించబడాలి.
జారడం యొక్క ఖచ్చితమైన అనుభావిక పరిమాణానికి ఫ్లో విజువలైజేషన్ మరియు అనుకరణ అవసరం.అందువల్ల, వేర్వేరు బ్లేడ్ స్థానాల ప్రభావాన్ని అంచనా వేయడానికి షాఫ్ట్ నుండి వేర్వేరు రేడియల్ దూరాలలో మరియు నీటి ఉపరితలం నుండి వేర్వేరు లోతుల వద్ద ఒక నిర్దిష్ట భ్రమణ వేగంతో నీటిలో బ్లేడ్ యొక్క టాంజెన్షియల్ వేగాన్ని వివరించడం చాలా ముఖ్యం.
ఈ అధ్యయనంలో, ప్రయోగశాల స్థాయి పాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్‌లో అల్లకల్లోల ప్రవాహ వేగం క్షేత్రం యొక్క ప్రయోగాత్మక మరియు సంఖ్యా పరిశోధన ద్వారా ఫ్లోక్యులేషన్ యొక్క హైడ్రోడైనమిక్స్ మూల్యాంకనం చేయబడుతుంది.PIV కొలతలు ఫ్లోక్యులేటర్‌పై నమోదు చేయబడతాయి, ఆకుల చుట్టూ ఉన్న నీటి కణాల వేగాన్ని చూపే సమయ-సగటు వేగం ఆకృతులను సృష్టిస్తుంది.అదనంగా, ANSYS-ఫ్లూయెంట్ CFD ఫ్లోక్యులేటర్ లోపల స్విర్లింగ్ ప్రవాహాన్ని అనుకరించడానికి మరియు సమయ-సగటు వేగం ఆకృతులను సృష్టించడానికి ఉపయోగించబడింది.PIV మరియు CFD ఫలితాల మధ్య అనురూపాన్ని మూల్యాంకనం చేయడం ద్వారా ఫలితంగా CFD మోడల్ నిర్ధారించబడింది.ఈ పని యొక్క దృష్టి పాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క డైమెన్షన్‌లెస్ డిజైన్ పరామితి అయిన స్లిప్ కోఎఫీషియంట్ kని లెక్కించడంపై ఉంది.ఇక్కడ అందించిన పని 3 rpm మరియు 4 rpm తక్కువ వేగంతో స్లిప్ కోఎఫీషియంట్ kని లెక్కించడానికి కొత్త ఆధారాన్ని అందిస్తుంది.ఫలితాల యొక్క చిక్కులు నేరుగా ఫ్లోక్యులేషన్ ట్యాంక్ యొక్క హైడ్రోడైనమిక్స్ యొక్క మంచి అవగాహనకు దోహదం చేస్తాయి.
ప్రయోగశాల ఫ్లోక్యులేటర్ మొత్తం ఎత్తు 147 సెం.మీ, 39 సెం.మీ ఎత్తు, మొత్తం వెడల్పు 118 సెం.మీ మరియు మొత్తం పొడవు 138 సెం.మీ (Fig. 1)తో ఓపెన్ టాప్ దీర్ఘచతురస్రాకార పెట్టెను కలిగి ఉంటుంది.క్యాంప్ 49 అభివృద్ధి చేసిన ప్రధాన డిజైన్ ప్రమాణాలు ప్రయోగశాల స్థాయి పాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్‌ను రూపొందించడానికి మరియు డైమెన్షనల్ అనాలిసిస్ సూత్రాలను వర్తింపజేయడానికి ఉపయోగించబడ్డాయి.లెబనీస్ అమెరికన్ యూనివర్సిటీ (బైబ్లోస్, లెబనాన్) యొక్క ఎన్విరాన్‌మెంటల్ ఇంజనీరింగ్ లాబొరేటరీలో ప్రయోగాత్మక సదుపాయం నిర్మించబడింది.
క్షితిజ సమాంతర అక్షం దిగువ నుండి 60 సెం.మీ ఎత్తులో ఉంది మరియు రెండు తెడ్డు చక్రాలను కలిగి ఉంటుంది.ప్రతి తెడ్డు చక్రంలో 4 తెడ్డులు ఉంటాయి, ఒక్కో తెడ్డుపై 3 తెడ్డులు మొత్తం 12 తెడ్డులు ఉంటాయి.ఫ్లోక్యులేషన్‌కు 2 నుండి 6 rpm తక్కువ వేగంతో సున్నితమైన ఆందోళన అవసరం.ఫ్లోక్యులేటర్లలో అత్యంత సాధారణ మిక్సింగ్ వేగం 3 rpm మరియు 4 rpm.ప్రయోగశాల స్కేల్ ఫ్లోక్యులేటర్ ఫ్లో డ్రింకింగ్ వాటర్ ట్రీట్‌మెంట్ ప్లాంట్ యొక్క ఫ్లోక్యులేషన్ ట్యాంక్ కంపార్ట్‌మెంట్‌లోని ప్రవాహాన్ని సూచించడానికి రూపొందించబడింది.సాంప్రదాయ సమీకరణం 42 ఉపయోగించి శక్తి లెక్కించబడుతుంది.రెండు భ్రమణ వేగం కోసం, స్పీడ్ గ్రేడియంట్ \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది , రేనాల్డ్స్ సంఖ్య అల్లకల్లోల ప్రవాహాన్ని సూచిస్తుంది (టేబుల్ 1).
PIV అనేది చాలా పెద్ద సంఖ్యలో పాయింట్ల వద్ద ఏకకాలంలో ద్రవ వేగం వెక్టర్స్ యొక్క ఖచ్చితమైన మరియు పరిమాణాత్మక కొలతలను సాధించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది50.ప్రయోగాత్మక సెటప్‌లో ల్యాబ్-స్కేల్ ప్యాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్, లావిజన్ PIV సిస్టమ్ (2017) మరియు ఆర్డునో ఎక్స్‌టర్నల్ లేజర్ సెన్సార్ ట్రిగ్గర్ ఉన్నాయి.సమయ-సగటు వేగం ప్రొఫైల్‌లను సృష్టించడానికి, PIV చిత్రాలు ఒకే స్థానంలో వరుసగా రికార్డ్ చేయబడ్డాయి.PIV వ్యవస్థ క్రమాంకనం చేయబడింది, లక్ష్య ప్రాంతం నిర్దిష్ట తెడ్డు చేయి యొక్క ప్రతి మూడు బ్లేడ్‌ల పొడవు మధ్యలో ఉంటుంది.బాహ్య ట్రిగ్గర్‌లో ఫ్లోక్యులేటర్ వెడల్పు యొక్క ఒక వైపున ఉన్న లేజర్ మరియు మరొక వైపు సెన్సార్ రిసీవర్ ఉంటుంది.ఫ్లోక్యులేటర్ ఆర్మ్ లేజర్ మార్గాన్ని అడ్డుకున్న ప్రతిసారీ, ప్రోగ్రామబుల్ టైమింగ్ యూనిట్‌తో సమకాలీకరించబడిన PIV లేజర్ మరియు కెమెరాతో ఇమేజ్‌ను క్యాప్చర్ చేయడానికి PIV సిస్టమ్‌కి సిగ్నల్ పంపబడుతుంది.అంజీర్ న.2 PIV సిస్టమ్ యొక్క ఇన్‌స్టాలేషన్ మరియు ఇమేజ్ అక్విజిషన్ ప్రాసెస్‌ను చూపుతుంది.
ప్రవాహాన్ని సాధారణీకరించడానికి మరియు అదే వక్రీభవన సూచిక ఫీల్డ్‌ను పరిగణనలోకి తీసుకోవడానికి ఫ్లోక్యులేటర్‌ను 5-10 నిమిషాలు ఆపరేట్ చేసిన తర్వాత PIV యొక్క రికార్డింగ్ ప్రారంభించబడింది.ఫ్లోక్యులేటర్‌లో ముంచిన మరియు ఆసక్తి యొక్క బ్లేడ్ యొక్క పొడవు మధ్యలో ఉంచిన అమరిక ప్లేట్‌ను ఉపయోగించడం ద్వారా క్రమాంకనం సాధించబడుతుంది.నేరుగా అమరిక ప్లేట్ పైన ఫ్లాట్ లైట్ షీట్‌ను రూపొందించడానికి PIV లేజర్ స్థానాన్ని సర్దుబాటు చేయండి.ప్రతి బ్లేడ్ యొక్క ప్రతి భ్రమణ వేగం కోసం కొలిచిన విలువలను రికార్డ్ చేయండి మరియు ప్రయోగం కోసం ఎంచుకున్న భ్రమణ వేగం 3 rpm మరియు 4 rpm.
అన్ని PIV రికార్డింగ్‌ల కోసం, రెండు లేజర్ పల్స్ మధ్య సమయ విరామం 6900 నుండి 7700 µs వరకు సెట్ చేయబడింది, ఇది కనిష్ట కణ స్థానభ్రంశం 5 పిక్సెల్‌లను అనుమతించింది.ఖచ్చితమైన సమయ-సగటు కొలతలను పొందేందుకు అవసరమైన చిత్రాల సంఖ్యపై పైలట్ పరీక్షలు జరిగాయి.40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240 మరియు 280 చిత్రాలను కలిగి ఉన్న నమూనాల కోసం వెక్టర్ గణాంకాలు పోల్చబడ్డాయి.ప్రతి చిత్రం రెండు ఫ్రేమ్‌లను కలిగి ఉన్నందున స్థిరమైన సమయ-సగటు ఫలితాలను అందించడానికి 240 చిత్రాల నమూనా పరిమాణం కనుగొనబడింది.
ఫ్లోక్యులేటర్‌లోని ప్రవాహం అల్లకల్లోలంగా ఉన్నందున, చిన్న అల్లకల్లోల నిర్మాణాలను పరిష్కరించడానికి ఒక చిన్న విచారణ విండో మరియు పెద్ద సంఖ్యలో కణాలు అవసరం.ఖచ్చితత్వాన్ని నిర్ధారించడానికి క్రాస్-కోరిలేషన్ అల్గారిథమ్‌తో పాటు పరిమాణం తగ్గింపు యొక్క అనేక పునరావృత్తులు వర్తించబడతాయి.50% అతివ్యాప్తితో 48×48 పిక్సెల్‌ల ప్రారంభ పోలింగ్ విండో పరిమాణం మరియు ఒక అడాప్టేషన్ ప్రాసెస్‌ను అనుసరించి, 100% అతివ్యాప్తి మరియు రెండు అడాప్టేషన్ ప్రక్రియలతో 32×32 పిక్సెల్‌ల తుది పోలింగ్ విండో పరిమాణం అనుసరించబడింది.అదనంగా, గాజు బోలు గోళాలను ప్రవాహంలో విత్తన కణాలుగా ఉపయోగించారు, ఇది పోలింగ్ విండోకు కనీసం 10 కణాలను అనుమతించింది.PIV రికార్డింగ్ అనేది ప్రోగ్రామబుల్ టైమింగ్ యూనిట్ (PTU)లోని ట్రిగ్గర్ సోర్స్ ద్వారా ట్రిగ్గర్ చేయబడుతుంది, ఇది లేజర్ సోర్స్ మరియు కెమెరాను ఆపరేటింగ్ మరియు సింక్రొనైజ్ చేయడానికి బాధ్యత వహిస్తుంది.
వాణిజ్య CFD ప్యాకేజీ ANSYS ఫ్లూయెంట్ v 19.1 3D మోడల్‌ను అభివృద్ధి చేయడానికి మరియు ప్రాథమిక ప్రవాహ సమీకరణాలను పరిష్కరించడానికి ఉపయోగించబడింది.
ANSYS-ఫ్లూయెంట్‌ని ఉపయోగించి, ల్యాబొరేటరీ-స్కేల్ ప్యాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క 3D మోడల్ సృష్టించబడింది.మోడల్ ఒక దీర్ఘచతురస్రాకార పెట్టె రూపంలో తయారు చేయబడింది, ఇందులో ప్రయోగశాల నమూనా వలె సమాంతర అక్షంపై అమర్చబడిన రెండు తెడ్డు చక్రాలు ఉంటాయి.ఫ్రీబోర్డ్ లేని మోడల్ 108 సెం.మీ ఎత్తు, 118 సెం.మీ వెడల్పు మరియు 138 సెం.మీ పొడవు ఉంటుంది.మిక్సర్ చుట్టూ క్షితిజ సమాంతర స్థూపాకార విమానం జోడించబడింది.స్థూపాకార విమానం ఉత్పత్తి సంస్థాపన దశలో మొత్తం మిక్సర్ యొక్క భ్రమణాన్ని అమలు చేయాలి మరియు ఫిగ్ 3aలో చూపిన విధంగా ఫ్లోక్యులేటర్ లోపల తిరిగే ప్రవాహ క్షేత్రాన్ని అనుకరించాలి.
3D ANSYS-ఫ్లూయెంట్ మరియు మోడల్ జ్యామితి రేఖాచిత్రం, ANSYS-ఫ్లూయెంట్ ఫ్లోక్యులేటర్ బాడీ మెష్ ఆన్ ది ఇంటరెస్ట్, ANSYS-ఫ్లూయెంట్ రేఖాచిత్రం ఆన్ ది ప్లేన్ ఆఫ్ ఇంటరెస్ట్.
మోడల్ జ్యామితి రెండు ప్రాంతాలను కలిగి ఉంటుంది, వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి ద్రవం.ఇది లాజికల్ వ్యవకలనం ఫంక్షన్ ఉపయోగించి సాధించబడుతుంది.ముందుగా ద్రవాన్ని సూచించడానికి పెట్టె నుండి సిలిండర్‌ను (మిక్సర్‌తో సహా) తీసివేయండి.అప్పుడు సిలిండర్ నుండి మిక్సర్‌ను తీసివేయండి, ఫలితంగా రెండు వస్తువులు ఉంటాయి: మిక్సర్ మరియు ద్రవం.చివరగా, రెండు ప్రాంతాల మధ్య స్లైడింగ్ ఇంటర్‌ఫేస్ వర్తించబడింది: సిలిండర్-సిలిండర్ ఇంటర్‌ఫేస్ మరియు సిలిండర్-మిక్సర్ ఇంటర్‌ఫేస్ (Fig. 3a).
సంఖ్యాపరమైన అనుకరణలను అమలు చేయడానికి ఉపయోగించే టర్బులెన్స్ మోడల్‌ల అవసరాలను తీర్చడానికి నిర్మించిన నమూనాల మెషింగ్ పూర్తయింది.ఘన ఉపరితలం సమీపంలో విస్తరించిన పొరలతో ఒక నిర్మాణాత్మక మెష్ ఉపయోగించబడింది.సంక్లిష్ట ప్రవాహ నమూనాలు సంగ్రహించబడతాయని నిర్ధారించుకోవడానికి 1.2 వృద్ధి రేటుతో అన్ని గోడలకు విస్తరణ లేయర్‌లను సృష్టించండి, \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m మొదటి పొర మందంతో \ ( {\text {y))^{+}\le 1.0\).టెట్రాహెడ్రాన్ ఫిట్టింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగించి శరీర పరిమాణం సర్దుబాటు చేయబడుతుంది.2.5 × \({10}^{-3}\) m మూలకం పరిమాణంతో రెండు ఇంటర్‌ఫేస్‌ల ముందు వైపు పరిమాణం సృష్టించబడింది మరియు మిక్సర్ ముందు పరిమాణం 9 × \({10}^{-3}\ ) m వర్తించబడుతుంది.ప్రారంభ ఉత్పత్తి చేయబడిన మెష్ 2144409 మూలకాలను కలిగి ఉంది (Fig. 3b).
రెండు-పారామితి k–ε టర్బులెన్స్ మోడల్ ప్రారంభ బేస్ మోడల్‌గా ఎంపిక చేయబడింది.ఫ్లోక్యులేటర్ లోపల స్విర్లింగ్ ప్రవాహాన్ని ఖచ్చితంగా అనుకరించడానికి, మరింత గణనపరంగా ఖరీదైన మోడల్ ఎంపిక చేయబడింది.ఫ్లోక్యులేటర్ లోపల కల్లోలమైన స్విర్లింగ్ ప్రవాహం రెండు CFD మోడల్‌లను ఉపయోగించి సంఖ్యాపరంగా పరిశోధించబడింది: SST k–ω51 మరియు IDDES52.మోడల్‌లను ధృవీకరించడానికి రెండు మోడల్‌ల ఫలితాలు ప్రయోగాత్మక PIV ఫలితాలతో పోల్చబడ్డాయి.మొదట, SST k-ω టర్బులెన్స్ మోడల్ అనేది ఫ్లూయిడ్ డైనమిక్స్ అప్లికేషన్‌ల కోసం రెండు-సమీకరణ టర్బులెంట్ స్నిగ్ధత మోడల్.ఇది విల్కాక్స్ k-ω మరియు k-ε మోడల్‌లను కలిపి ఒక హైబ్రిడ్ మోడల్.మిక్సింగ్ ఫంక్షన్ గోడకు సమీపంలో ఉన్న విల్కాక్స్ మోడల్‌ను మరియు రాబోయే ప్రవాహంలో k-ε మోడల్‌ను సక్రియం చేస్తుంది.ఇది ఫ్లో ఫీల్డ్ అంతటా సరైన మోడల్ ఉపయోగించబడుతుందని నిర్ధారిస్తుంది.ప్రతికూల పీడన ప్రవణతల కారణంగా ఇది ప్రవాహ విభజనను ఖచ్చితంగా అంచనా వేస్తుంది.రెండవది, SST k-ω RANS (రేనాల్డ్స్-సగటు నేవియర్-స్టోక్స్) మోడల్‌తో ఇండివిజువల్ ఎడ్డీ సిమ్యులేషన్ (DES) మోడల్‌లో విస్తృతంగా ఉపయోగించే అడ్వాన్స్‌డ్ డిఫర్డ్ ఎడ్డీ సిమ్యులేషన్ (IDDES) పద్ధతి ఎంపిక చేయబడింది.IDDES అనేది హైబ్రిడ్ RANS-LES (పెద్ద ఎడ్డీ అనుకరణ) మోడల్, ఇది మరింత సౌకర్యవంతమైన మరియు వినియోగదారు-స్నేహపూర్వక రిజల్యూషన్ స్కేలింగ్ (SRS) అనుకరణ నమూనాను అందిస్తుంది.ఇది పెద్ద ఎడ్డీలను పరిష్కరించడానికి LES మోడల్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు చిన్న స్థాయి ఎడ్డీలను అనుకరించడానికి SST k-ωకి తిరిగి వస్తుంది.మోడల్‌ను ధృవీకరించడానికి SST k–ω మరియు IDDES అనుకరణల ఫలితాల గణాంక విశ్లేషణలు PIV ఫలితాలతో పోల్చబడ్డాయి.
రెండు-పారామితి k–ε టర్బులెన్స్ మోడల్ ప్రారంభ బేస్ మోడల్‌గా ఎంపిక చేయబడింది.ఫ్లోక్యులేటర్ లోపల స్విర్లింగ్ ప్రవాహాన్ని ఖచ్చితంగా అనుకరించడానికి, మరింత గణనపరంగా ఖరీదైన మోడల్ ఎంపిక చేయబడింది.ఫ్లోక్యులేటర్ లోపల కల్లోలమైన స్విర్లింగ్ ప్రవాహం రెండు CFD మోడల్‌లను ఉపయోగించి సంఖ్యాపరంగా పరిశోధించబడింది: SST k–ω51 మరియు IDDES52.మోడల్‌లను ధృవీకరించడానికి రెండు మోడల్‌ల ఫలితాలు ప్రయోగాత్మక PIV ఫలితాలతో పోల్చబడ్డాయి.మొదట, SST k-ω టర్బులెన్స్ మోడల్ అనేది ఫ్లూయిడ్ డైనమిక్స్ అప్లికేషన్‌ల కోసం రెండు-సమీకరణ టర్బులెంట్ స్నిగ్ధత మోడల్.ఇది విల్కాక్స్ k-ω మరియు k-ε మోడల్‌లను కలిపి ఒక హైబ్రిడ్ మోడల్.మిక్సింగ్ ఫంక్షన్ గోడకు సమీపంలో ఉన్న విల్కాక్స్ మోడల్‌ను మరియు రాబోయే ప్రవాహంలో k-ε మోడల్‌ను సక్రియం చేస్తుంది.ఇది ఫ్లో ఫీల్డ్ అంతటా సరైన మోడల్ ఉపయోగించబడుతుందని నిర్ధారిస్తుంది.ప్రతికూల పీడన ప్రవణతల కారణంగా ఇది ప్రవాహ విభజనను ఖచ్చితంగా అంచనా వేస్తుంది.రెండవది, SST k-ω RANS (రేనాల్డ్స్-సగటు నేవియర్-స్టోక్స్) మోడల్‌తో ఇండివిజువల్ ఎడ్డీ సిమ్యులేషన్ (DES) మోడల్‌లో విస్తృతంగా ఉపయోగించే అడ్వాన్స్‌డ్ డిఫర్డ్ ఎడ్డీ సిమ్యులేషన్ (IDDES) పద్ధతి ఎంపిక చేయబడింది.IDDES అనేది హైబ్రిడ్ RANS-LES (పెద్ద ఎడ్డీ అనుకరణ) మోడల్, ఇది మరింత సౌకర్యవంతమైన మరియు వినియోగదారు-స్నేహపూర్వక రిజల్యూషన్ స్కేలింగ్ (SRS) అనుకరణ నమూనాను అందిస్తుంది.ఇది పెద్ద ఎడ్డీలను పరిష్కరించడానికి LES మోడల్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు చిన్న స్థాయి ఎడ్డీలను అనుకరించడానికి SST k-ωకి తిరిగి వస్తుంది.మోడల్‌ను ధృవీకరించడానికి SST k–ω మరియు IDDES అనుకరణల ఫలితాల గణాంక విశ్లేషణలు PIV ఫలితాలతో పోల్చబడ్డాయి.
ఒత్తిడి-ఆధారిత తాత్కాలిక పరిష్కారాన్ని ఉపయోగించండి మరియు Y దిశలో గురుత్వాకర్షణను ఉపయోగించండి.భ్రమణ అక్షం యొక్క మూలం క్షితిజ సమాంతర అక్షం మధ్యలో ఉంటుంది మరియు భ్రమణ అక్షం యొక్క దిశ Z దిశలో ఉన్న మిక్సర్‌కు మెష్ కదలికను కేటాయించడం ద్వారా భ్రమణం సాధించబడుతుంది.రెండు మోడల్ జ్యామితి ఇంటర్‌ఫేస్‌ల కోసం మెష్ ఇంటర్‌ఫేస్ సృష్టించబడింది, ఫలితంగా రెండు సరిహద్దు పెట్టె అంచులు ఏర్పడతాయి.ప్రయోగాత్మక సాంకేతికతలో వలె, భ్రమణ వేగం 3 మరియు 4 విప్లవాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.
మిక్సర్ మరియు ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క గోడలకు సరిహద్దు పరిస్థితులు గోడ ద్వారా సెట్ చేయబడ్డాయి మరియు ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క టాప్ ఓపెనింగ్ సున్నా గేజ్ ఒత్తిడితో అవుట్లెట్ ద్వారా సెట్ చేయబడింది (Fig. 3c).సాధారణ పీడన-వేగం కమ్యూనికేషన్ పథకం, కనీసం చతురస్రాల మూలకాల ఆధారంగా అన్ని పారామితులతో రెండవ-ఆర్డర్ ఫంక్షన్‌ల గ్రేడియంట్ స్థలం యొక్క విచక్షణ.అన్ని ఫ్లో వేరియబుల్స్‌కు కన్వర్జెన్స్ ప్రమాణం స్కేల్ చేయబడిన అవశేష 1 x \({10}^{-3}\).సమయ దశకు గరిష్ట పునరావృతాల సంఖ్య 20, మరియు సమయ దశ పరిమాణం 0.5° భ్రమణానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది.పరిష్కారం SST k–ω మోడల్ కోసం 8వ పునరావృతం వద్ద మరియు IDDESని ఉపయోగించి 12వ పునరావృతం వద్ద కలుస్తుంది.అదనంగా, మిక్సర్ కనీసం 12 విప్లవాలు చేసే విధంగా సమయ దశల సంఖ్య లెక్కించబడుతుంది.3 భ్రమణాల తర్వాత సమయ గణాంకాల కోసం డేటా నమూనాను వర్తింపజేయండి, ఇది ప్రయోగాత్మక ప్రక్రియ మాదిరిగానే ప్రవాహాన్ని సాధారణీకరించడానికి అనుమతిస్తుంది.ప్రతి విప్లవానికి స్పీడ్ లూప్‌ల అవుట్‌పుట్‌ను పోల్చడం గత నాలుగు విప్లవాలకు సరిగ్గా అదే ఫలితాలను ఇస్తుంది, ఇది స్థిరమైన స్థితికి చేరుకుందని సూచిస్తుంది.అదనపు రివ్‌లు మీడియం స్పీడ్ ఆకృతులను మెరుగుపరచలేదు.
సమయ దశ భ్రమణ వేగం, 3 rpm లేదా 4 rpmకి సంబంధించి నిర్వచించబడింది.మిక్సర్‌ను 0.5° ద్వారా తిప్పడానికి అవసరమైన సమయానికి సమయ దశ శుద్ధి చేయబడుతుంది.మునుపటి విభాగంలో వివరించిన విధంగా పరిష్కారం సులభంగా కలుస్తుంది కాబట్టి ఇది సరిపోతుందని తేలింది.ఈ విధంగా, 3 rpm, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-} కోసం 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) యొక్క సవరించిన సమయ దశను ఉపయోగించి రెండు టర్బులెన్స్ మోడల్‌ల కోసం అన్ని సంఖ్యా గణనలు జరిగాయి. {3}\) 4 rpm.ఇచ్చిన రిఫైన్‌మెంట్ టైమ్ స్టెప్ కోసం, సెల్ యొక్క కొరెంట్ సంఖ్య ఎల్లప్పుడూ 1.0 కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.
మోడల్-మెష్ డిపెండెన్స్‌ని అన్వేషించడానికి, మొదట ఒరిజినల్ 2.14M మెష్ మరియు తర్వాత శుద్ధి చేసిన 2.88M మెష్‌ని ఉపయోగించి ఫలితాలు పొందబడ్డాయి.మిక్సర్ బాడీ యొక్క సెల్ పరిమాణాన్ని 9 × \({10}^{-3}\) m నుండి 7 × \({10}^{-3}\) mకి తగ్గించడం ద్వారా గ్రిడ్ మెరుగుదల సాధించబడుతుంది.రెండు మోడల్స్ టర్బులెన్స్ యొక్క అసలైన మరియు శుద్ధి చేసిన మెష్‌ల కోసం, బ్లేడ్ చుట్టూ ఉన్న వివిధ ప్రదేశాలలో వేగం మాడ్యూల్స్ యొక్క సగటు విలువలు పోల్చబడ్డాయి.ఫలితాల మధ్య వ్యత్యాసం SST k–ω మోడల్‌కి 1.73% మరియు IDDES మోడల్‌కి 3.51%.IDDES అధిక శాతం వ్యత్యాసాన్ని చూపుతుంది ఎందుకంటే ఇది హైబ్రిడ్ RANS-LES మోడల్.ఈ తేడాలు చాలా తక్కువగా పరిగణించబడ్డాయి, కాబట్టి 2.14 మిలియన్ మూలకాలతో మరియు 0.5° యొక్క భ్రమణ సమయ దశతో అసలైన మెష్‌ని ఉపయోగించి అనుకరణ జరిగింది.
ప్రయోగాత్మక ఫలితాల పునరుత్పత్తి సామర్థ్యాన్ని ప్రతి ఆరు ప్రయోగాలను రెండవసారి చేయడం ద్వారా మరియు ఫలితాలను పోల్చడం ద్వారా పరిశీలించబడింది.రెండు వరుస ప్రయోగాలలో బ్లేడ్ మధ్యలో వేగ విలువలను సరిపోల్చండి.రెండు ప్రయోగాత్మక సమూహాల మధ్య సగటు శాతం వ్యత్యాసం 3.1%.ప్రతి ప్రయోగానికి PIV వ్యవస్థ స్వతంత్రంగా రీకాలిబ్రేట్ చేయబడింది.ప్రతి బ్లేడ్ మధ్యలో విశ్లేషణాత్మకంగా లెక్కించబడిన వేగాన్ని అదే ప్రదేశంలో PIV వేగంతో పోల్చండి.ఈ పోలిక బ్లేడ్ 1 కోసం గరిష్టంగా 6.5% శాతం లోపంతో వ్యత్యాసాన్ని చూపుతుంది.
స్లిప్ కారకాన్ని లెక్కించే ముందు, పాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్‌లో స్లిప్ భావనను శాస్త్రీయంగా అర్థం చేసుకోవడం అవసరం, దీనికి ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క తెడ్డు చుట్టూ ప్రవాహ నిర్మాణాన్ని అధ్యయనం చేయడం అవసరం.సంభావితంగా, నీటికి సంబంధించి బ్లేడ్‌ల వేగాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకోవడానికి పాడిల్ ఫ్లోక్యులేటర్‌ల రూపకల్పనలో స్లిప్ కోఎఫీషియంట్ నిర్మించబడింది.ఈ వేగం బ్లేడ్ వేగంలో 75% ఉండాలని సాహిత్యం సిఫార్సు చేస్తుంది, కాబట్టి చాలా డిజైన్‌లు సాధారణంగా ఈ సర్దుబాటు కోసం ak 0.25ని ఉపయోగిస్తాయి.ప్రవాహ వేగం ఫీల్డ్‌ను పూర్తిగా అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు ఈ స్లిప్‌ను అధ్యయనం చేయడానికి PIV ప్రయోగాల నుండి పొందిన వేగం స్ట్రీమ్‌లైన్‌లను ఉపయోగించడం దీనికి అవసరం.బ్లేడ్ 1 అనేది షాఫ్ట్‌కు దగ్గరగా ఉండే లోపలి బ్లేడ్, బ్లేడ్ 3 బయటి బ్లేడ్ మరియు బ్లేడ్ 2 మధ్య బ్లేడ్.
బ్లేడ్ 1లోని వేగం స్ట్రీమ్‌లైన్‌లు బ్లేడ్ చుట్టూ నేరుగా తిరిగే ప్రవాహాన్ని చూపుతాయి.ఈ ప్రవాహ నమూనాలు బ్లేడ్ యొక్క కుడి వైపున, రోటర్ మరియు బ్లేడ్ మధ్య ఒక పాయింట్ నుండి వెలువడతాయి.మూర్తి 4aలో ఎరుపు చుక్కల పెట్టె ద్వారా సూచించబడిన ప్రాంతాన్ని చూస్తే, బ్లేడ్ పైన మరియు చుట్టూ ఉన్న రీసర్క్యులేషన్ ప్రవాహం యొక్క మరొక అంశాన్ని గుర్తించడం ఆసక్తికరంగా ఉంటుంది.ఫ్లో విజువలైజేషన్ రీసర్క్యులేషన్ జోన్‌లోకి తక్కువ ప్రవాహాన్ని చూపుతుంది.ఈ ప్రవాహం బ్లేడ్ యొక్క కుడి వైపు నుండి బ్లేడ్ చివర నుండి సుమారు 6 సెం.మీ ఎత్తులో చేరుకుంటుంది, బహుశా బ్లేడ్‌కు ముందు ఉన్న చేతి యొక్క మొదటి బ్లేడ్ ప్రభావం వల్ల, ఇది చిత్రంలో కనిపిస్తుంది.4 rpm వద్ద ఫ్లో విజువలైజేషన్ అదే ప్రవర్తన మరియు నిర్మాణాన్ని చూపుతుంది, స్పష్టంగా అధిక వేగంతో ఉంటుంది.
3 rpm మరియు 4 rpm రెండు భ్రమణ వేగంతో మూడు బ్లేడ్‌ల వేగ క్షేత్రం మరియు ప్రస్తుత గ్రాఫ్‌లు.3 rpm వద్ద మూడు బ్లేడ్‌ల గరిష్ట సగటు వేగం వరుసగా 0.15 m/s, 0.20 m/s మరియు 0.16 m/s, మరియు 4 rpm వద్ద గరిష్ట సగటు వేగం 0.15 m/s, 0.22 m/s మరియు 0.22 m/ లు, వరుసగా.మూడు షీట్లలో.
వేన్ 1 మరియు 2 మధ్య హెలికల్ ప్రవాహం యొక్క మరొక రూపం కనుగొనబడింది. వెక్టార్ యొక్క దిశలో సూచించిన విధంగా నీటి ప్రవాహం వేన్ 2 దిగువ నుండి పైకి కదులుతున్నట్లు వెక్టార్ ఫీల్డ్ స్పష్టంగా చూపిస్తుంది.అంజీర్ 4bలో చుక్కల పెట్టె చూపినట్లుగా, ఈ వెక్టర్స్ బ్లేడ్ ఉపరితలం నుండి నిలువుగా పైకి వెళ్లవు, కానీ కుడివైపుకు తిరిగి క్రమంగా క్రిందికి వస్తాయి.బ్లేడ్ 1 యొక్క ఉపరితలంపై, క్రిందికి వెక్టర్స్ ప్రత్యేకించబడ్డాయి, ఇవి రెండు బ్లేడ్లను చేరుకుంటాయి మరియు వాటి మధ్య ఏర్పడిన పునర్వినియోగ ప్రవాహం నుండి వాటిని చుట్టుముడతాయి.4 rpm అధిక వేగం వ్యాప్తితో రెండు భ్రమణ వేగంతో ఒకే ప్రవాహ నిర్మాణం నిర్ణయించబడింది.
బ్లేడ్ 3 యొక్క వేగ క్షేత్రం మునుపటి బ్లేడ్ యొక్క వేగం వెక్టార్ నుండి బ్లేడ్ 3 క్రింద ప్రవాహాన్ని చేరడం నుండి గణనీయమైన సహకారం అందించదు. బ్లేడ్ 3 కింద ప్రధాన ప్రవాహం నీటితో పెరుగుతున్న నిలువు వేగం వెక్టార్ కారణంగా ఉంటుంది.
అంజీర్ 4cలో చూపిన విధంగా బ్లేడ్ 3 యొక్క ఉపరితలంపై ఉన్న వేగం వెక్టార్‌లను మూడు గ్రూపులుగా విభజించవచ్చు.మొదటి సెట్ బ్లేడ్ యొక్క కుడి అంచున ఉంటుంది.ఈ స్థితిలో ప్రవాహ నిర్మాణం కుడివైపుకు మరియు పైకి నేరుగా ఉంటుంది (అంటే బ్లేడ్ 2 వైపు).రెండవ సమూహం బ్లేడ్ మధ్యలో ఉంటుంది.ఈ స్థానం కోసం వేగం వెక్టార్ ఎటువంటి విచలనం లేకుండా మరియు భ్రమణం లేకుండా నేరుగా పైకి మళ్లించబడుతుంది.బ్లేడ్ ముగింపు కంటే ఎత్తులో పెరుగుదలతో వేగం విలువలో తగ్గుదల నిర్ణయించబడుతుంది.మూడవ సమూహానికి, బ్లేడ్‌ల యొక్క ఎడమ అంచున ఉన్న, ప్రవాహం వెంటనే ఎడమ వైపుకు, అంటే ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క గోడకు మళ్లించబడుతుంది.వేగం వెక్టార్ ద్వారా ప్రాతినిధ్యం వహించే చాలా ప్రవాహం పైకి వెళుతుంది మరియు ప్రవాహంలో కొంత భాగం అడ్డంగా క్రిందికి వెళుతుంది.
రెండు టర్బులెన్స్ మోడల్‌లు, SST k–ω మరియు IDDES, బ్లేడ్ మీన్ లెంగ్త్ ప్లేన్‌లో 3 rpm మరియు 4 rpm కోసం సమయ-సగటు వేగం ప్రొఫైల్‌లను నిర్మించడానికి ఉపయోగించబడ్డాయి.మూర్తి 5లో చూపినట్లుగా, నాలుగు వరుస భ్రమణాల ద్వారా సృష్టించబడిన వేగ ఆకృతుల మధ్య సంపూర్ణ సారూప్యతను సాధించడం ద్వారా స్థిరమైన స్థితిని సాధించవచ్చు.అదనంగా, IDDES ద్వారా రూపొందించబడిన సమయ-సగటు వేగం ఆకృతులు అంజీర్ 6aలో చూపబడ్డాయి, అయితే SST k - ω ద్వారా రూపొందించబడిన సమయ-సగటు వేగం ప్రొఫైల్‌లు అంజీర్ 6aలో చూపబడ్డాయి.6b.
SST k–ω ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన IDDES మరియు సమయ-సగటు వేగం లూప్‌లను ఉపయోగించి, IDDES వేగం లూప్‌ల యొక్క అధిక నిష్పత్తిని కలిగి ఉంటుంది.
మూర్తి 7లో చూపిన విధంగా 3 rpm వద్ద IDDESతో సృష్టించబడిన స్పీడ్ ప్రొఫైల్‌ను జాగ్రత్తగా పరిశీలించండి. మిక్సర్ సవ్యదిశలో తిరుగుతుంది మరియు చూపిన గమనికల ప్రకారం ప్రవాహం చర్చించబడుతుంది.
అంజీర్ న.7 I క్వాడ్రంట్‌లోని బ్లేడ్ 3 యొక్క ఉపరితలంపై ప్రవాహం యొక్క విభజన ఉందని చూడవచ్చు, ఎందుకంటే ఎగువ రంధ్రం ఉండటం వల్ల ప్రవాహం నిరోధించబడదు.చతుర్భుజం IIలో ప్రవాహం యొక్క విభజన ఏదీ గమనించబడదు, ఎందుకంటే ఫ్లోక్యులేటర్ యొక్క గోడల ద్వారా ప్రవాహం పూర్తిగా పరిమితం చేయబడింది.క్వాడ్రంట్ IIIలో, నీరు మునుపటి క్వాడ్రంట్ల కంటే చాలా తక్కువ లేదా తక్కువ వేగంతో తిరుగుతుంది.I మరియు II చతుర్భుజాలలోని నీరు మిక్సర్ యొక్క చర్య ద్వారా క్రిందికి తరలించబడుతుంది (అంటే తిప్పడం లేదా బయటకు నెట్టడం).మరియు క్వాడ్రంట్ IIIలో, ఆందోళనకారుడి బ్లేడ్‌ల ద్వారా నీరు బయటకు నెట్టబడుతుంది.ఈ స్థలంలో నీటి ద్రవ్యరాశి సమీపించే ఫ్లోక్యులేటర్ స్లీవ్‌ను నిరోధిస్తుంది అని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది.ఈ క్వాడ్రంట్‌లోని రోటరీ ప్రవాహం పూర్తిగా వేరు చేయబడింది.క్వాడ్రంట్ IV కోసం, వాన్ 3 పైన ఉన్న వాయుప్రసరణలో ఎక్కువ భాగం ఫ్లోక్యులేటర్ గోడ వైపు మళ్లించబడుతుంది మరియు పైభాగానికి ఎత్తు పెరిగేకొద్దీ క్రమంగా దాని పరిమాణాన్ని కోల్పోతుంది.
అదనంగా, నీలిరంగు చుక్కల దీర్ఘవృత్తాలు చూపిన విధంగా, కేంద్ర స్థానం III మరియు IV చతుర్భుజాలను ఆధిపత్యం చేసే సంక్లిష్ట ప్రవాహ నమూనాలను కలిగి ఉంటుంది.ఈ గుర్తించబడిన ప్రాంతానికి తెడ్డు ఫ్లోక్యులేటర్‌లోని స్విర్లింగ్ ప్రవాహంతో సంబంధం లేదు, ఎందుకంటే స్విర్లింగ్ మోషన్‌ను గుర్తించవచ్చు.అంతర్గత ప్రవాహం మరియు పూర్తి భ్రమణ ప్రవాహం మధ్య స్పష్టమైన విభజన ఉన్న క్వాడ్రాంట్లు I మరియు IIకి ఇది విరుద్ధంగా ఉంటుంది.
అంజీర్లో చూపిన విధంగా.6, IDDES మరియు SST k-ω ఫలితాలను పోల్చి చూస్తే, వేగ ఆకృతుల మధ్య ప్రధాన వ్యత్యాసం బ్లేడ్ 3కి దిగువన ఉన్న వేగం యొక్క పరిమాణం. SST k-ω మోడల్ బ్లేడ్ 3 ద్వారా విస్తరించిన అధిక-వేగం ప్రవాహాన్ని స్పష్టంగా చూపుతుంది. IDDESతో పోలిస్తే.
క్వాడ్రంట్ IIIలో మరొక తేడాను కనుగొనవచ్చు.IDDES నుండి, ముందుగా చెప్పినట్లుగా, ఫ్లోక్యులేటర్ చేతుల మధ్య భ్రమణ ప్రవాహ విభజన గుర్తించబడింది.అయితే, ఈ స్థానం మూలల నుండి మరియు మొదటి బ్లేడ్ లోపలి నుండి తక్కువ వేగం ప్రవాహం ద్వారా బలంగా ప్రభావితమవుతుంది.అదే స్థానానికి SST k–ω నుండి, ఇతర ప్రాంతాల నుండి సంగమ ప్రవాహం లేనందున IDDESతో పోలిస్తే ఆకృతి రేఖలు సాపేక్షంగా అధిక వేగాలను చూపుతాయి.
ప్రవాహ ప్రవర్తన మరియు నిర్మాణంపై సరైన అవగాహన కోసం వేగం వెక్టార్ ఫీల్డ్‌లు మరియు స్ట్రీమ్‌లైన్‌లపై గుణాత్మక అవగాహన అవసరం.ప్రతి బ్లేడ్ 5 సెం.మీ వెడల్పు ఉన్నందున, ప్రాతినిధ్య వేగ ప్రొఫైల్‌ను అందించడానికి వెడల్పు అంతటా ఏడు వేగం పాయింట్లు ఎంపిక చేయబడ్డాయి.అదనంగా, ప్రతి బ్లేడ్ ఉపరితలంపై మరియు 10 సెం.మీ ఎత్తు వరకు నిలువుగా 2.5 సెం.మీ.ల నిరంతర దూరంపై నేరుగా వేగం ప్రొఫైల్‌ను ప్లాట్ చేయడం ద్వారా బ్లేడ్ ఉపరితలంపై ఎత్తు యొక్క విధిగా వేగం యొక్క పరిమాణాన్ని పరిమాణాత్మకంగా అర్థం చేసుకోవడం అవసరం.మరింత సమాచారం కోసం చిత్రంలో S1, S2 మరియు S3 చూడండి.అనుబంధం A. Figure 8 PIV ప్రయోగాలు మరియు IDDES మరియు SST k-ω ఉపయోగించి ANSYS-ఫ్లూయెంట్ విశ్లేషణ ఉపయోగించి పొందిన ప్రతి బ్లేడ్ (Y = 0.0) యొక్క ఉపరితల వేగం పంపిణీ యొక్క సారూప్యతను చూపుతుంది.రెండు సంఖ్యా నమూనాలు ఫ్లోక్యులేటర్ బ్లేడ్‌ల ఉపరితలంపై ప్రవాహ నిర్మాణాన్ని ఖచ్చితంగా అనుకరించడం సాధ్యం చేస్తాయి.
బ్లేడ్ ఉపరితలంపై వేగం పంపిణీ PIV, IDDES మరియు SST k–ω.x-అక్షం ప్రతి షీట్ యొక్క వెడల్పును మిల్లీమీటర్లలో సూచిస్తుంది, మూలం (0 మిమీ) షీట్ యొక్క ఎడమ అంచుని సూచిస్తుంది మరియు ముగింపు (50 మిమీ) షీట్ యొక్క కుడి అంచుని సూచిస్తుంది.
బ్లేడ్లు 2 మరియు 3 యొక్క వేగ పంపిణీలు Fig.8 మరియు Fig.8లో చూపబడినట్లు స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది.అనుబంధం Aలోని S2 మరియు S3 ఎత్తుతో సారూప్య ధోరణులను చూపుతాయి, అయితే బ్లేడ్ 1 స్వతంత్రంగా మారుతుంది.బ్లేడ్లు 2 మరియు 3 యొక్క వేగ ప్రొఫైల్స్ ఖచ్చితంగా నేరుగా మారతాయి మరియు బ్లేడ్ చివరి నుండి 10 సెం.మీ ఎత్తులో అదే వ్యాప్తిని కలిగి ఉంటాయి.ఈ సమయంలో ప్రవాహం ఏకరీతిగా మారుతుందని దీని అర్థం.IDDES ద్వారా బాగా పునరుత్పత్తి చేయబడిన PIV ఫలితాల నుండి ఇది స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది.ఇంతలో, SST k–ω ఫలితాలు కొన్ని తేడాలను చూపుతాయి, ముఖ్యంగా 4 rpm వద్ద.
బ్లేడ్ 1 అన్ని స్థానాల్లో వేగం ప్రొఫైల్ యొక్క అదే ఆకారాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు ఎత్తులో సాధారణీకరించబడదు, ఎందుకంటే మిక్సర్ మధ్యలో ఏర్పడిన స్విర్ల్ అన్ని చేతుల యొక్క మొదటి బ్లేడ్‌ను కలిగి ఉంటుంది.అలాగే, IDDESతో పోలిస్తే, PIV బ్లేడ్ స్పీడ్ ప్రొఫైల్‌లు 2 మరియు 3 బ్లేడ్ ఉపరితలంపై 10 సెం.మీ వద్ద దాదాపు సమానంగా ఉండే వరకు చాలా ప్రదేశాలలో కొంచెం ఎక్కువ వేగ విలువలను చూపించాయి.
పోస్ట్ సమయం: డిసెంబర్-27-2022