Моделювання масопереносу у спорудах водовідведення
Loading...
Date
2024
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро
Abstract
UKR: Постановка проблеми. Проектування систем очищення стічних вод – складний процес, що потребує використання спеціальних математичних моделей. Як правило, на етапі проектування споруд систем водовідведення використовуються емпіричні моделі, що дозволяють отримати лише «інтегральну» характеристику ефективності очищення стічних вод. Але в низці випадків важливо мати інформацію щодо просторового розподілу концентрації домішки в споруді. Для розв’язання даної задачі потрібно мати тривимірні математичні моделі. Наразі існує дефіцит таких моделей, тому створення тривимірних багатофакторних моделей для аналізу ефективності споруд систем водовідведення бачиться актуальним. Мета роботи – розроблення тривимірної чисельної моделі для аналізу процесу масопереносу для визначення концентрації домішки у відстійнику. Методика. Аналіз концентраційних полів домішки у відстійнику здійснюється шляхом чисельного інтегрування тривимірного рівняння для потенціалу швидкості та тривимірного рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки. Для чисельного інтегрування рівняння Лапласа для потенціалу швидкості застосовується змінно-трикутний метод та метод Лібмана. Для чисельного інтегрування тривимірного рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки використовуються скінченорізницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Створено динамічну багатофакторну чисельна модель для аналізу процесу масопереносу домішки у відстійнику шляхом обчислювального експерименту. Практична значущість. Побудована багатофакторна чисельна модель дає можливість аналізувати ефективність очищення стічних вод у відстійниках, що мають складну геометричну форму та не можуть бути розраховані на базі існуючих інженерних методик. Висновки. На базі розробленої тривимірної чисельної моделі створено комп’ютерний код, що дозволяє оперативно отримати інформацію про розподіл концентрації домішки у відстійнику.
ENG: Problem statement. The design of wastewater treatment systems is a complex process and requires the use of special mathematical models. As a rule, empirical models are used at the stage of designing structures of water drainage systems, which allow obtaining only an “integral” characteristic of the efficiency of wastewater treatment. But in a number of cases, it is important to have information about the spatial distribution of the impurity concentration in the structure. To solve this problem, you need to have three-dimensional mathematical models. In the future, there is a shortage of such models, so the creation of three-dimensional multifactorial models for the analysis of the efficiency of drainage system structures is an urgent task. The purpose of the article. Development of a three-dimensional numerical model for the analysis of the mass transfer process to determine the impurity concentration in the clarifier. Methodology. The analysis of impurity concentration fields in the clarifier is carried out by numerical integration of the three-dimensional equation for the velocity potential and the three-dimensional equation of the convective-diffusion transport of the impurity. For the numerical integration of the Laplace equation for the velocity potential, the variable-triangular method and the Liebmann method are used. Finite-difference splitting schemes are used for numerical integration of the three-dimensional equation of convective-diffusion transport of impurities. Scientific novelty. A dynamic multifactorial numerical model was created for the analysis of the process of mass transfer of impurities in a settling tank by conducting a computational experiment. Practical value. The built multifactorial numerical model makes it possible to analyze the efficiency of wastewater treatment in clarifiers that have a complex geometric shape and cannot be calculated on the basis of existing engineering methods. Conclusions. On the basis of the developed three-dimensional numerical model, a computer code was created, which allows you to quickly obtain information about the distribution of the impurity concentration in the settling tank.
ENG: Problem statement. The design of wastewater treatment systems is a complex process and requires the use of special mathematical models. As a rule, empirical models are used at the stage of designing structures of water drainage systems, which allow obtaining only an “integral” characteristic of the efficiency of wastewater treatment. But in a number of cases, it is important to have information about the spatial distribution of the impurity concentration in the structure. To solve this problem, you need to have three-dimensional mathematical models. In the future, there is a shortage of such models, so the creation of three-dimensional multifactorial models for the analysis of the efficiency of drainage system structures is an urgent task. The purpose of the article. Development of a three-dimensional numerical model for the analysis of the mass transfer process to determine the impurity concentration in the clarifier. Methodology. The analysis of impurity concentration fields in the clarifier is carried out by numerical integration of the three-dimensional equation for the velocity potential and the three-dimensional equation of the convective-diffusion transport of the impurity. For the numerical integration of the Laplace equation for the velocity potential, the variable-triangular method and the Liebmann method are used. Finite-difference splitting schemes are used for numerical integration of the three-dimensional equation of convective-diffusion transport of impurities. Scientific novelty. A dynamic multifactorial numerical model was created for the analysis of the process of mass transfer of impurities in a settling tank by conducting a computational experiment. Practical value. The built multifactorial numerical model makes it possible to analyze the efficiency of wastewater treatment in clarifiers that have a complex geometric shape and cannot be calculated on the basis of existing engineering methods. Conclusions. On the basis of the developed three-dimensional numerical model, a computer code was created, which allows you to quickly obtain information about the distribution of the impurity concentration in the settling tank.
Description
М. Біляєв: ORCID: 0000-0002-1531-7882; А. Коваленко: ORCID: 0009-0009-9761-4300; Р. Побєдьонний: ORCID: 0009-0009-6551-1630; М. Чирва: ORCID: 0009-0006-1416-9482
Keywords
стічні води, відстійник, чисельне моделювання, масоперенос, обчислювальний експеримент, sewage, settling tank, numerical modeling, mass transfer, computational experiment, КГВФ
Citation
Біляєв М. М., Коваленко А. С., Побєдьонний Р. П., Чирва М. В. Моделювання масопереносу у спорудах водовідведення. Український журнал будівництва та архітектури. 2024. № 1 (019). С. 62–68. DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.270224.62.1024.