Please use this identifier to cite or link to this item: http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/4237
Title: Numerical Determination of Horizontal Settlers Performance
Other Titles: Чисельний розрахунок роботи горизонтальних відстійників
Численный расчет работы горизонтальных отстойников
Authors: Biliaiev, Mykola M.
Bielaev, Nikolai N.
Biliaev, Nikolai N.
Belyaev, Nikolai N.
Біляєв, Микола Миколайович
Беляев, Николай Николаевич
Kozachyna, Vitalii A.
Козачина, Віталій Анатолійович
Козачина, Виталий Анатольевич
Keywords: CFD model
settlers
mass transfer
water purification
чисельна модель
горизонтальний відстійник
очистка води
численная модель
горизонтальный отстойник
очистка воды
КГВ
Issue Date: 2015
Publisher: Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Abstract: EN: Purpose. Horizontal settlers are one of the most important elements in the technological scheme of water purification. Their use is associated with the possibility to pass a sufficiently large volume of water. The important task at the stage of their designing is evaluating of their effectiveness. Calculation of the efficiency of the settler can be made by mathematical modeling. Empirical, analytical models and techniques that are currently used to solve the problem, do not allow to take into account the shape of the sump and various design features that significantly affects the loyalty to a decision on the choice of the size of the settling tank and its design features. The use of analytical models is limited only to one-dimensional solutions, does not allow accounting for nonuniform velocity field of the flow in the settler. The use of advanced turbulence models for the calculation of the hydrodynamics in the settler complex forms now requires very powerful computers. In addition, the calculation of one variant of the settler may last for dozens of hours. The aim of the paper is to build a numerical model to evaluate the effectiveness of horizontal settling tank modified design. Methodology. Numerical models are based on: 1) equation of potential flow; 2) equation of inviscid fluid vortex flow; 3) equation of viscous fluid dynamics; 4) mass transfer equation. For numerical simulation the finite difference schemes are used. The numerical calculation is carried out on a rectangular grid. For the formation of the computational domain markers are used. Findings. The models allow calculating the clarification process in the settler with different form and different configuration of baffles. Originality. A new approach to investigate the mass transfer process in horizontal settler was proposed. This approach is based on the developed CFD models. Three fluid dynamics models were used for the numerical investigation of flows and waste waters purification. Practical value. The developed models have more capacity than the existing models in Ukraine. The developed models allow calculating quickly the efficiency of water purification in settlers. The models are not computationally expensive. Calculation time of one variant of the problem takes few seconds.
UK: Мета. Горизонтальні відстійники є одним із найважливіших елементів у технологічній схемі очищення води. Їх застосування пов'язано з можливістю пропуску досить великих обсягів води. При реконструкції або проектуванні горизонтальних відстійників виникає відповідальне завдання щодо оцінки їх ефективності. Розрахунок ефективності відстійника може бути виконаний методом математичного моделювання. Емпіричні, аналітичні моделі та методики, які на даний час використовуються для розв’язання поставленої задачі, не дозволяють врахувати форму відстійника та різні конструктивні особливості, що значно впливає на вірність прийняття рішення щодо вибору розмірів відстійника та його конструктивних особливостей. Використання аналітичних моделей обмежено лише одновимірними розв’язками, що не дозволяє врахувати нерівномірне поле швидкості потоку у відстійнику. Використання сучасних моделей турбулентності для розрахунку гідродинаміки у відстійнику складної форми потребує в даний час дуже потужних комп’ютерів. Крім цього, розрахунок одного варіанту відстійника може тривати десятки годин. У даній роботі розглянуто побудову чисельних моделей для оцінки ефективності роботи горизонтального відстійника модифікованої конструкції. Методика. В основу моделей покладено: 1) потенціальний рух ідеальної рідини; 2) вихровий рух ідеальної рідини; 3) вихровий рух реальної рідини (рівняння Нав'є-Стокса); 4) рівняння масопереносу. Для чисельного розв’язання рівнянь використовуються різницеві схеми. Чисельний розрахунок здійснюється на прямокутній різницевій сітці. Для формування виду розрахункової області та виділення її особливостей застосовується метод маркування. Результати. Розроблені чисельні моделі дозволяють розрахувати процес освітлення води в горизонтальних відстійниках різної форми та з різними конфігураціями пластин. Наукова новизна. Представлено новий підхід у дослідженні та розрахунку роботи горизонтальних відстійників різної конфігурації. Даний підхід ґрунтується на чисельному інтегруванні рівнянь руху рідини та масопереносу домішки. Практична значимість. Розроблені чисельні моделі розрахунку роботи горизонтальних відстійників пред'являють невеликі вимоги до потужності комп'ютерної техніки. Час розрахунку одного варіанта завдання становить кілька секунд.
RU: Цель. Горизонтальные отстойники являются одним из важнейших элементов в технологической схеме очистки воды. Их применение связано с возможностью пропуска достаточно больших объемов воды. При реконструкции или проектировании горизонтальных отстойников возникает ответственная задача по оценке их эффективности. Расчет эффективности отстойника может быть выполнен методом математического моделирования. Эмпирические, аналитические модели и методики, которые в настоящее время используются для решения поставленной задачи, не позволяют учесть форму отстойника и различные конструктивные особенности, что значительно влияет на верность принятия решения по выбору размеров отстойника и его конструктивных особенностей. Использование аналитических моделей ограничено только одномерными решениями, не позволяет учесть неравномерное поле скорости потока в отстойнике. Использование современных моделей турбулентности для расчета гидродинамики в отстойнике сложной формы требует в настоящее время очень мощных компьютеров. Кроме этого, расчет одного варианта отстойника может продолжаться десятки часов. Целью работы является построение численной модели для оценки эффективности горизонтального отстойника модифицированной конструкции. Методика. В основу моделей положено: 1) потенциальное движения идеальной жидкости; 2) вихревое движение идеальной жидкости; 3) вихревое движение реальной жидкости (уравнения Навье-Стокса); 4) уравнение массопереноса. Для численного решения моделирующих уравнений используются разностные схемы. Численный расчет осуществляется на прямоугольной разностной сетке. Для формирования вида расчетной области и выделения ее особенностей применяется метод маркирования. Результаты. Разработанные численные модели позволяют рассчитать процесс осветления воды в горизонтальных отстойниках различной формы и с различными конфигурациями пластин. Научная новизна. Представлен новый подход в исследовании и расчете работы горизонтальных отстойников различной конфигурации. Данный подход основывается на численном интегрировании уравнений движения жидкости и массопереноса примеси. Практическая значимость. Разработанные численные модели расчета работы горизонтальных отстойников предъявляют небольшие требования к мощности компьютерной техники. Время расчета одного варианта задачи составляет несколько секунд.
Description: Biliaiev, M. M. Numerical determination of horizontal settlers performance / M. M. Biliaiev, V. A. Kozachyna // Наука та прогрес транспорту. — 2015. — № 4 (58). — С. 34—43. — doi: 10.15802/stp2015/49201.
URI: http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/4237
Other Identifiers: doi: 10.15802/stp2015/49201
Appears in Collections:Статті КГВ
№ 4 (58)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
3.pdf645,99 kBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.