316Ti سٹینلیس سٹیل کوائلڈ ٹیوب PIV اور CFD کم گردش کی رفتار پر پیڈل فلوکولیشن کی ہائیڈرو ڈائنامکس کا مطالعہ

Nature.com پر جانے کا شکریہ۔آپ محدود سی ایس ایس سپورٹ کے ساتھ براؤزر کا ورژن استعمال کر رہے ہیں۔بہترین تجربے کے لیے، ہم تجویز کرتے ہیں کہ آپ ایک اپ ڈیٹ شدہ براؤزر استعمال کریں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں مطابقت موڈ کو غیر فعال کریں)۔اس کے علاوہ، جاری تعاون کو یقینی بنانے کے لیے، ہم سائٹ کو بغیر اسٹائل اور جاوا اسکرپٹ کے دکھاتے ہیں۔
ٹائپ 316Ti (UNS 31635) ایک ٹائٹینیم اسٹیبلائزڈ آسٹینیٹک کرومیم نکل سٹینلیس سٹیل ہے جس میں مولبڈینم ہے۔یہ اضافہ سنکنرن مزاحمت کو بڑھاتا ہے، کلورائد آئن محلولوں کو ڈالنے کے خلاف مزاحمت کو بہتر بناتا ہے اور بلند درجہ حرارت پر بڑھتی ہوئی طاقت فراہم کرتا ہے۔پراپرٹیز ٹائپ 316 سے ملتی جلتی ہیں سوائے اس کے کہ ٹائٹینیم کے اضافے کی وجہ سے 316Ti کو حساسیت کے بلند درجہ حرارت پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔سنکنرن مزاحمت کو بہتر بنایا گیا ہے، خاص طور پر سلفیورک، ہائیڈروکلورک، ایسٹک، فارمک اور ٹارٹرک ایسڈ، ایسڈ سلفیٹ اور الکلائن کلورائیڈز کے خلاف۔

کیمیائی ساخت:

خواص: annealed：
حتمی تناؤ کی طاقت: 75 KSI منٹ (515 MPa منٹ)
پیداوار کی طاقت: (0.2% آفسیٹ) 30 KSI منٹ (205 MPa منٹ)
لمبائی: 40% منٹ
سختی: Rb 95 زیادہ سے زیادہ

سلائیڈرز فی سلائیڈ تین مضامین دکھا رہے ہیں۔سلائیڈوں کے ذریعے جانے کے لیے پیچھے اور اگلے بٹنوں کا استعمال کریں، یا ہر سلائیڈ سے گزرنے کے لیے آخر میں سلائیڈ کنٹرولر بٹن استعمال کریں۔
اس مطالعے میں، flocculation کی ہائیڈروڈینامکس کا اندازہ لیبارٹری پیمانے پر پیڈل فلوکولیٹر میں ہنگامہ خیز بہاؤ کی رفتار کے میدان کی تجرباتی اور عددی تحقیقات سے کیا جاتا ہے۔ہنگامہ خیز بہاؤ جو پارٹیکل ایگریگیشن یا فلوک بریک اپ کو فروغ دیتا ہے پیچیدہ ہے اور اس پر غور کیا گیا ہے اور اس کا موازنہ اس مقالے میں دو ٹربولنس ماڈلز، یعنی SST k-ω اور IDDES کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا ہے۔نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ IDDES SST k-ω کے مقابلے میں بہت کم بہتری فراہم کرتا ہے، جو پیڈل فلوکولیٹر کے اندر بہاؤ کی درستگی کے لیے کافی ہے۔فٹ سکور کا استعمال PIV اور CFD کے نتائج کے ہم آہنگی کی چھان بین کے لیے، اور استعمال کیے گئے CFD ٹربولنس ماڈل کے نتائج کا موازنہ کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔مطالعہ سلپ فیکٹر k کی مقدار درست کرنے پر بھی توجہ مرکوز کرتا ہے، جو کہ 0.25 کی عام قدر کے مقابلے میں 3 اور 4 rpm کی کم رفتار پر 0.18 ہے۔k کو 0.25 سے 0.18 تک کم کرنے سے سیال تک پہنچائی جانے والی طاقت میں تقریباً 27-30% اضافہ ہوتا ہے اور رفتار کے میلان (G) میں تقریباً 14% اضافہ ہوتا ہے۔اس کا مطلب یہ ہے کہ توقع سے زیادہ ایجیٹیشن فراہم کی جاتی ہے، اس لیے کم توانائی خرچ ہوتی ہے اور اس لیے پینے کے پانی کی صفائی کرنے والے پلانٹ کے فلوکولیشن یونٹ میں توانائی کی کھپت کم ہو سکتی ہے۔
پانی کو صاف کرنے میں، کوگولینٹ کا اضافہ چھوٹے کولائیڈل ذرات اور نجاست کو غیر مستحکم کرتا ہے، جو پھر مل کر فلوکولیشن کے مرحلے پر فلوکولیشن بناتے ہیں۔فلیکس بڑے پیمانے پر ڈھیلے طور پر جکڑے ہوئے فریکٹل ایگریگیٹس ہوتے ہیں، جنہیں پھر سیٹل کر کے ہٹا دیا جاتا ہے۔ذرات کی خصوصیات اور مائع کے اختلاط کے حالات فلوکولیشن اور علاج کے عمل کی کارکردگی کا تعین کرتے ہیں۔فلوکولیشن کے لیے نسبتاً کم وقت کے لیے سست تحریک اور پانی کی بڑی مقدار کو متحرک کرنے کے لیے بہت زیادہ توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔
فلوکولیشن کے دوران، پورے نظام کی ہائیڈرو ڈائنامکس اور کوگولنٹ پارٹیکل کے تعامل کی کیمسٹری اس شرح کا تعین کرتی ہے جس پر ایک سٹیشنری پارٹیکل سائز کی تقسیم2 حاصل ہوتی ہے۔جب ذرات آپس میں ٹکراتے ہیں تو وہ ایک دوسرے سے چپک جاتے ہیں۔Oyegbile، Ay4 نے اطلاع دی ہے کہ تصادم کا انحصار براؤنین بازی، فلوئڈ شیئر اور ڈیفرینشل سیٹلنگ کے فلوککولیشن ٹرانسپورٹ میکانزم پر ہوتا ہے۔جب فلیکس آپس میں ٹکراتے ہیں، تو وہ بڑھتے ہیں اور ایک خاص سائز کی حد تک پہنچ جاتے ہیں، جو ٹوٹنے کا باعث بن سکتے ہیں، کیونکہ فلیکس ہائیڈرو ڈائنامک قوتوں کی قوت کو برداشت نہیں کر سکتے۔ان میں سے کچھ ٹوٹے ہوئے فلیکس دوبارہ چھوٹے یا ایک ہی سائز میں مل جاتے ہیں۔تاہم، مضبوط فلیکس اس قوت کے خلاف مزاحمت کر سکتے ہیں اور اپنے سائز کو برقرار رکھ سکتے ہیں اور یہاں تک کہ بڑھ سکتے ہیں۔Yukselen اور Gregory8 نے فلیکس کی تباہی اور ان کی دوبارہ تخلیق کرنے کی صلاحیت سے متعلق مطالعات کے بارے میں رپورٹ کیا، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ ناقابل واپسی محدود ہے۔Bridgeman، Jefferson9 نے CFD کا استعمال مقامی رفتار کے میلان کے ذریعے floc کی تشکیل اور ٹکڑے کرنے پر اوسط بہاؤ اور ہنگامہ خیزی کے مقامی اثر و رسوخ کا اندازہ لگانے کے لیے کیا۔روٹر بلیڈ سے لیس ٹینکوں میں، یہ ضروری ہے کہ اس رفتار کو تبدیل کیا جائے جس میں ایگریگیٹس دوسرے ذرات سے ٹکراتے ہیں جب وہ جمنے کے مرحلے میں کافی حد تک غیر مستحکم ہوتے ہیں۔تقریباً 15 rpm کی CFD اور کم گردش کی رفتار کا استعمال کرتے ہوئے، Vadasarukkai اور Gagnon11 مخروطی پیڈل فلوکیشن کے لیے G ویلیو حاصل کرنے میں کامیاب ہوئے، اس طرح تحریک کے لیے بجلی کی کھپت کو کم سے کم کیا گیا۔تاہم، اعلی G اقدار پر آپریشن flocculation کا باعث بن سکتا ہے۔انہوں نے پائلٹ پیڈل فلوکولیٹر کے اوسط رفتار کے میلان کا تعین کرنے پر اختلاط کی رفتار کے اثر کی تحقیقات کی۔وہ 5 rpm سے زیادہ کی رفتار سے گھومتے ہیں۔
Korpijärvi, Ahlstedt12 نے ٹینک ٹیسٹ بینچ پر فلو فیلڈ کا مطالعہ کرنے کے لیے چار مختلف ٹربولنس ماڈلز کا استعمال کیا۔انہوں نے لیزر ڈوپلر اینیمومیٹر اور پی آئی وی کے ساتھ بہاؤ کے میدان کی پیمائش کی اور حسابی نتائج کا ناپے ہوئے نتائج سے موازنہ کیا۔ڈی اولیویرا اور ڈوناڈیل 13 نے CFD کا استعمال کرتے ہوئے ہائیڈروڈینامک خصوصیات سے رفتار کے میلان کا اندازہ لگانے کے لیے ایک متبادل طریقہ تجویز کیا ہے۔مجوزہ طریقہ کو ہیلیکل جیومیٹری کی بنیاد پر چھ فلوکولیشن یونٹوں پر آزمایا گیا۔flocculants پر برقرار رکھنے کے وقت کے اثر کا جائزہ لیا اور ایک flocculation ماڈل تجویز کیا جسے کم برقرار رکھنے کے اوقات کے ساتھ عقلی سیل ڈیزائن کی حمایت کرنے کے لیے ایک ٹول کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔Zhan، You15 نے فل سکیل فلوکولیشن میں بہاؤ کی خصوصیات اور floc کے رویے کی تقلید کے لیے مشترکہ CFD اور آبادی کے توازن کا ماڈل تجویز کیا۔Llano-Serna، Coral-Portillo16 نے کولمبیا کے ویٹربو میں ایک واٹر ٹریٹمنٹ پلانٹ میں کاکس قسم کے ہائیڈرو فلوکولیٹر کے بہاؤ کی خصوصیات کی چھان بین کی۔اگرچہ CFD کے اپنے فوائد ہیں، لیکن اس میں بھی حدود ہیں جیسے کہ حساب میں عددی غلطیاں۔لہٰذا، کوئی بھی عددی نتائج حاصل کیے جائیں، ان کا بغور جائزہ لیا جائے اور اہم نتائج اخذ کرنے کے لیے تجزیہ کیا جائے۔افقی بافل فلوکولیٹرز کے ڈیزائن کے بارے میں ادب میں کچھ مطالعات ہیں، جب کہ ہائیڈرو ڈائنامک فلوکولیٹرز کے ڈیزائن کے لیے سفارشات محدود ہیں۔چن، لیاو 19 نے پولرائزڈ روشنی کے بکھرنے پر مبنی تجرباتی سیٹ اپ کا استعمال کیا تاکہ انفرادی ذرات سے بکھری ہوئی روشنی کی پولرائزیشن کی حالت کی پیمائش کی جا سکے۔Feng, Zhang20 نے Ansys-Fluent کا استعمال ایڈی کرنٹ کی تقسیم کی تقلید کے لیے کیا اور ایک جمی ہوئی پلیٹ فلوکولیٹر اور ایک انٹر کورروگیٹڈ فلوکولیٹر کے بہاؤ کے میدان میں گھومنا شروع کیا۔Ansys-Fluent کا استعمال کرتے ہوئے فلوکولیٹر میں ہنگامہ خیز سیال بہاؤ کی نقل کرنے کے بعد، Gavi21 نے نتائج کو فلوکولیٹر ڈیزائن کرنے کے لیے استعمال کیا۔وینیلی اور ٹیکسیرا 22 نے اطلاع دی ہے کہ اسپائرل ٹیوب فلوکولیٹرز کی سیال حرکیات اور فلوکولیشن کے عمل کے درمیان تعلق کو اب بھی عقلی ڈیزائن کی حمایت کرنے کے لیے کم سمجھا جاتا ہے۔de Oliveira اور Costa Teixeira23 نے کارکردگی کا مطالعہ کیا اور طبیعیات کے تجربات اور CFD تخروپن کے ذریعے سرپل ٹیوب فلوکولیٹر کی ہائیڈرو ڈائنامک خصوصیات کا مظاہرہ کیا۔بہت سے محققین نے کوائلڈ ٹیوب ری ایکٹر یا کوائلڈ ٹیوب فلوکولیٹرز کا مطالعہ کیا ہے۔تاہم، مختلف ڈیزائنوں اور آپریٹنگ حالات کے لیے ان ری ایکٹرز کے ردعمل کے بارے میں تفصیلی ہائیڈروڈینامک معلومات کا ابھی بھی فقدان ہے (سارٹوری، اولیویرا 24؛ اولیویرا، ٹیکسیرا 25)۔Oliveira اور Teixeira26 ایک سرپل فلوکولیٹر کے نظریاتی، تجرباتی اور CFD تخروپن سے اصل نتائج پیش کرتے ہیں۔Oliveira اور Teixeira27 نے ایک سرپل کوائل کو کوایگولیشن-فلوکولیشن ری ایکٹر کے طور پر روایتی ڈیکنٹر سسٹم کے ساتھ استعمال کرنے کی تجویز پیش کی۔وہ رپورٹ کرتے ہیں کہ گندگی کو ہٹانے کی کارکردگی کے لیے حاصل کردہ نتائج فلوکولیشن کا جائزہ لینے کے لیے عام طور پر استعمال ہونے والے ماڈلز سے حاصل کیے گئے نتائج سے نمایاں طور پر مختلف ہیں، ایسے ماڈلز کے استعمال میں احتیاط کی تجویز کرتے ہیں۔موروزی اور ڈی اولیویرا [28] نے مختلف آپریٹنگ حالات کے تحت مسلسل فلوکولیشن چیمبرز کے نظام کے طرز عمل کو ماڈل بنایا، بشمول استعمال شدہ چیمبروں کی تعداد میں تغیرات اور فکسڈ یا اسکیلڈ سیل ویلوسٹی گریڈینٹ کا استعمال۔Romphophak، Le Men29 PIV نیم دو جہتی جیٹ کلینرز میں فوری رفتار کی پیمائش۔انہوں نے فلوکولیشن زون میں مضبوط جیٹ کی حوصلہ افزائی کی گردش پایا اور مقامی اور فوری قینچ کی شرح کا تخمینہ لگایا۔
شاہ، جوشی30 رپورٹ کرتے ہیں کہ CFD ڈیزائن کو بہتر بنانے اور ورچوئل فلو خصوصیات حاصل کرنے کے لیے ایک دلچسپ متبادل پیش کرتا ہے۔یہ وسیع تجرباتی سیٹ اپ سے بچنے میں مدد کرتا ہے۔CFD تیزی سے پانی اور گندے پانی کو صاف کرنے والے پلانٹس کا تجزیہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا رہا ہے (Melo, Freire31; Alalm, Nasr32; Bridgeman, Jefferson9; Samaras, Zouboulis33; Wang, Wu34; Zhang, Tejada-Martínez35)۔کئی تفتیش کاروں نے کین ٹیسٹ آلات (برج مین، جیفرسن36؛ برج مین، جیفرسن5؛ جارویس، جیفرسن6؛ وانگ، وو34) اور سوراخ شدہ ڈسک فلوکولیٹرز31 پر تجربات کیے ہیں۔دوسروں نے ہائیڈرو فلوکولیٹرز (برج مین، جیفرسن 5؛ وڈاساروکائی، گیگنون 37) کی تشخیص کے لیے CFD کا استعمال کیا ہے۔Ghawi21 نے رپورٹ کیا کہ مکینیکل فلوکولیٹرز کو باقاعدہ دیکھ بھال کی ضرورت ہوتی ہے کیونکہ وہ اکثر ٹوٹ جاتے ہیں اور انہیں بہت زیادہ بجلی کی ضرورت ہوتی ہے۔
پیڈل فلوکولیٹر کی کارکردگی ذخائر کی ہائیڈروڈینامکس پر بہت زیادہ منحصر ہے۔ایسے flocculators میں بہاؤ کی رفتار کے شعبوں کی مقداری سمجھ کی کمی کو ادب میں واضح طور پر نوٹ کیا گیا ہے (Howe, Hand38; Hendricks39)۔پانی کا پورا ماس فلوکولیٹر امپیلر کی حرکت سے مشروط ہے، اس لیے پھسلن کی توقع ہے۔عام طور پر، سیال کی رفتار بلیڈ کی رفتار سے سلپ فیکٹر k کے ذریعے کم ہوتی ہے، جس کی تعریف پیڈل وہیل کی رفتار سے پانی کے جسم کی رفتار کے تناسب کے طور پر کی جاتی ہے۔Bhole40 نے رپورٹ کیا کہ فلوکولیٹر کو ڈیزائن کرتے وقت تین نامعلوم عوامل کو مدنظر رکھنا ضروری ہے، یعنی velocity gradient، drag coefficient، اور پانی کی نسبتہ بلیڈ کی رفتار۔
کیمپ 41 رپورٹ کرتا ہے کہ تیز رفتار مشینوں پر غور کرتے وقت، رفتار روٹر کی رفتار کا تقریباً 24% اور کم رفتار مشینوں کے لیے 32% تک زیادہ ہوتی ہے۔سیپٹا کی غیر موجودگی میں، ڈروسٹ اور جیر 42 نے 0.25 کی ak ویلیو استعمال کی، جب کہ سیپٹا کی صورت میں، k کی حد 0 سے 0.15 تک تھی۔تاہم، Hand38 تجویز کرتا ہے کہ k 0.2 سے 0.3 کی حد میں ہے۔Hendrix39 نے ایک تجرباتی فارمولے کا استعمال کرتے ہوئے سلپ فیکٹر کو گردشی رفتار سے جوڑا اور یہ نتیجہ اخذ کیا کہ سلپ فیکٹر بھی کیمپ 41 کے قائم کردہ رینج کے اندر تھا۔Bratby43 نے اطلاع دی ہے کہ 1.8 سے 5.4 rpm تک امپیلر کی رفتار کے لیے k تقریباً 0.2 ہے اور 0.9 سے 3 rpm تک امپیلر کی رفتار کے لیے 0.35 تک بڑھ جاتا ہے۔دوسرے محققین 1.0 سے 1.8 تک ڈریگ کوفیشینٹ (Cd) کی قدروں کی ایک وسیع رینج کی اطلاع دیتے ہیں اور 0.25 سے 0.40 تک سلپ گتانک k اقدار (Feir and Geyer44; Hyde and Ludwig45; Harris, Kaufman46; van Duuren and Mara47; )۔لٹریچر کیمپ 41 کے کام کے بعد سے k کی وضاحت اور مقدار طے کرنے میں کوئی خاص پیش رفت نہیں دکھاتا ہے۔
فلوکولیشن کا عمل تصادم کی سہولت کے لیے ہنگامہ خیزی پر مبنی ہے، جہاں ٹربلنس/فلوکیشن کی پیمائش کرنے کے لیے velocity gradient (G) استعمال کیا جاتا ہے۔اختلاط پانی میں کیمیکلز کو تیزی سے اور یکساں طور پر پھیلانے کا عمل ہے۔اختلاط کی ڈگری رفتار کے میلان سے ماپا جاتا ہے:
جہاں G = رفتار کا میلان (sec-1)، P = پاور ان پٹ (W)، V = پانی کا حجم (m3)، μ = متحرک viscosity (Pa s)۔
G قدر جتنی زیادہ ہوگی، اتنا ہی زیادہ ملایا جائے گا۔یکساں جمنا کو یقینی بنانے کے لیے مکمل اختلاط ضروری ہے۔لٹریچر اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ ڈیزائن کے سب سے اہم پیرامیٹرز اختلاط وقت (t) اور رفتار میلان (G) ہیں۔فلوکولیشن کا عمل تصادم کی سہولت کے لیے ہنگامہ خیزی پر مبنی ہے، جہاں ٹربلنس/فلوکیشن کی پیمائش کرنے کے لیے velocity gradient (G) استعمال کیا جاتا ہے۔G کے لیے عام ڈیزائن کی قدریں 20 سے 70 s–1 ہیں، t 15 سے 30 منٹ تک ہے، اور Gt (بغیر طول و عرض) 104 سے 105 ہے۔ فاسٹ مکس ٹینک 700 سے 1000 کی G اقدار کے ساتھ بہترین کام کرتے ہیں، وقت کے ساتھ تقریبا 2 منٹ.
جہاں P ہر فلوکولیٹر بلیڈ کے ذریعے مائع کو فراہم کی جانے والی طاقت ہے، N گردش کی رفتار ہے، b بلیڈ کی لمبائی ہے، ρ پانی کی کثافت ہے، r رداس ہے، اور k سلپ کوفیشینٹ ہے۔یہ مساوات ہر بلیڈ پر انفرادی طور پر لاگو ہوتی ہے اور نتائج کا خلاصہ فلوکولیٹر کی کل پاور ان پٹ دینے کے لیے کیا جاتا ہے۔اس مساوات کا بغور مطالعہ پیڈل فلوکولیٹر کے ڈیزائن کے عمل میں سلپ فیکٹر k کی اہمیت کو ظاہر کرتا ہے۔لٹریچر میں k کی صحیح قدر نہیں بتائی گئی، بلکہ اس کی بجائے ایک رینج تجویز کی گئی ہے جیسا کہ پہلے بتایا گیا ہے۔تاہم، پاور P اور سلپ کوفیشینٹ k کے درمیان تعلق کیوبک ہے۔اس طرح، بشرطیکہ تمام پیرامیٹرز یکساں ہوں، مثال کے طور پر، k کو 0.25 سے 0.3 تک تبدیل کرنے سے فی بلیڈ فی فلو میں منتقل ہونے والی طاقت میں تقریباً 20% کمی واقع ہوگی، اور k کو 0.25 سے 0.18 تک کم کرنے سے اس میں اضافہ ہوگا۔فی وین تقریباً 27-30% کی طرف سے سیال کو فراہم کی گئی طاقت۔بالآخر، پائیدار پیڈل فلوکولیٹر ڈیزائن پر k کے اثر کو تکنیکی مقدار کے ذریعے جانچنے کی ضرورت ہے۔
پھسلن کی درست تجرباتی مقدار کے لیے بہاؤ کے تصور اور تخروپن کی ضرورت ہوتی ہے۔لہذا، مختلف بلیڈ پوزیشنوں کے اثر کا اندازہ کرنے کے لیے شافٹ سے مختلف شعاعی فاصلوں پر اور پانی کی سطح سے مختلف گہرائیوں پر ایک مخصوص گردشی رفتار سے پانی میں بلیڈ کی ٹینجینٹل رفتار کو بیان کرنا ضروری ہے۔
اس مطالعے میں، flocculation کی ہائیڈروڈینامکس کا اندازہ لیبارٹری پیمانے پر پیڈل فلوکولیٹر میں ہنگامہ خیز بہاؤ کی رفتار کے میدان کی تجرباتی اور عددی تحقیقات سے کیا جاتا ہے۔پی آئی وی کی پیمائشیں فلوکولیٹر پر ریکارڈ کی جاتی ہیں، جو وقت کی اوسط رفتار کی شکل بناتی ہیں جو پتوں کے ارد گرد پانی کے ذرات کی رفتار کو ظاہر کرتی ہیں۔اس کے علاوہ، ANSYS-Fluent CFD کا استعمال فلوکولیٹر کے اندر گھومنے والے بہاؤ کی نقل کرنے اور وقت کی اوسط رفتار کی شکل بنانے کے لیے کیا گیا تھا۔نتیجے میں CFD ماڈل کی تصدیق PIV اور CFD کے نتائج کے درمیان خط و کتابت کا جائزہ لے کر ہوئی۔اس کام کا فوکس سلپ کوفیشینٹ k کی مقدار درست کرنے پر ہے، جو کہ پیڈل فلوکولیٹر کا ایک ڈائمینشن لیس ڈیزائن پیرامیٹر ہے۔یہاں پیش کیا گیا کام 3 rpm اور 4 rpm کی کم رفتار پر پرچی کوفیشینٹ k کی مقدار درست کرنے کے لیے ایک نئی بنیاد فراہم کرتا ہے۔نتائج کے مضمرات براہ راست فلوکولیشن ٹینک کی ہائیڈروڈینامکس کی بہتر تفہیم میں حصہ ڈالتے ہیں۔
لیبارٹری فلوکولیٹر ایک اوپن ٹاپ مستطیل باکس پر مشتمل ہوتا ہے جس کی مجموعی اونچائی 147 سینٹی میٹر، اونچائی 39 سینٹی میٹر، مجموعی چوڑائی 118 سینٹی میٹر، اور مجموعی لمبائی 138 سینٹی میٹر ہوتی ہے (تصویر 1)۔کیمپ 49 کے تیار کردہ بنیادی ڈیزائن کے معیار کو لیبارٹری پیڈل فلوکولیٹر ڈیزائن کرنے اور جہتی تجزیہ کے اصولوں کو لاگو کرنے کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔تجرباتی سہولت لبنانی امریکن یونیورسٹی (بائبلوس، لبنان) کی ماحولیاتی انجینئرنگ لیبارٹری میں بنائی گئی تھی۔
افقی محور نیچے سے 60 سینٹی میٹر کی اونچائی پر واقع ہے اور اس میں دو پیڈل پہیوں کو ایڈجسٹ کیا گیا ہے۔ہر پیڈل وہیل 4 پیڈلز پر مشتمل ہوتا ہے جس میں ہر پیڈل پر کل 12 پیڈلز کے لیے 3 پیڈل ہوتے ہیں۔Flocculation کے لیے 2 سے 6 rpm کی کم رفتار پر ہلکی حرکت کی ضرورت ہوتی ہے۔flocculators میں سب سے عام اختلاط کی رفتار 3 rpm اور 4 rpm ہیں۔لیبارٹری اسکیل فلوکولیٹر فلو کو پینے کے پانی کے صاف کرنے والے پلانٹ کے فلوکولیشن ٹینک کے کمپارٹمنٹ میں بہاؤ کی نمائندگی کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔طاقت کا حساب روایتی مساوات 42 کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے۔دونوں گردش کی رفتار کے لیے، رفتار کا میلان \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) 10 سے زیادہ ہے \({\text{sec}}^{-{1}}\) رینالڈس نمبر ہنگامہ خیز بہاؤ کی نشاندہی کرتا ہے (ٹیبل 1)۔
PIV کا استعمال بہت بڑی تعداد میں پوائنٹس 50 پر بیک وقت سیال کی رفتار ویکٹر کی درست اور مقداری پیمائش حاصل کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔تجرباتی سیٹ اپ میں ایک لیب اسکیل پیڈل فلوکولیٹر، ایک لا ویژن پی آئی وی سسٹم (2017) اور ایک Arduino بیرونی لیزر سینسر ٹرگر شامل تھا۔وقت کی اوسط رفتار والی پروفائلز بنانے کے لیے، PIV امیجز کو ترتیب وار اسی مقام پر ریکارڈ کیا گیا۔PIV سسٹم کو اس طرح کیلیبریٹ کیا جاتا ہے کہ ہدف کا علاقہ ایک مخصوص پیڈل بازو کے تین بلیڈوں میں سے ہر ایک کی لمبائی کے وسط میں ہو۔بیرونی محرک ایک لیزر پر مشتمل ہوتا ہے جو flocculator کی چوڑائی کے ایک طرف واقع ہوتا ہے اور دوسری طرف ایک سینسر رسیور ہوتا ہے۔ہر بار جب flocculator بازو لیزر کے راستے کو روکتا ہے، PIV سسٹم کو ایک سگنل بھیجا جاتا ہے تاکہ PIV لیزر اور کیمرہ کو پروگرام کے قابل ٹائمنگ یونٹ کے ساتھ ہم آہنگ کر کے تصویر کھینچ سکے۔انجیر پر۔2 PIV سسٹم کی تنصیب اور تصویر کے حصول کے عمل کو ظاہر کرتا ہے۔
پی آئی وی کی ریکارڈنگ فلوکولیٹر کو 5-10 منٹ تک چلانے کے بعد شروع کی گئی تھی تاکہ بہاؤ کو معمول پر لایا جا سکے اور اسی ریفریکٹیو انڈیکس فیلڈ کو مدنظر رکھا جا سکے۔فلوکولیٹر میں ڈوبی ہوئی کیلیبریشن پلیٹ کا استعمال کرکے اور دلچسپی کے بلیڈ کی لمبائی کے درمیانی نقطہ پر رکھ کر کیلیبریشن حاصل کی جاتی ہے۔انشانکن پلیٹ کے اوپر براہ راست ایک فلیٹ لائٹ شیٹ بنانے کے لیے PIV لیزر کی پوزیشن کو ایڈجسٹ کریں۔ہر بلیڈ کی ہر گردش کی رفتار کے لیے ناپی گئی قدروں کو ریکارڈ کریں، اور تجربے کے لیے منتخب کردہ گردش کی رفتار 3 rpm اور 4 rpm ہیں۔
تمام PIV ریکارڈنگز کے لیے، دو لیزر دالوں کے درمیان وقت کا وقفہ 6900 سے 7700 µs کی حد میں مقرر کیا گیا تھا، جس نے 5 پکسلز کی کم از کم ذرہ کی نقل مکانی کی اجازت دی تھی۔درست وقت کی اوسط پیمائش حاصل کرنے کے لیے درکار تصاویر کی تعداد پر پائلٹ ٹیسٹ کیے گئے۔40، 50، 60، 80، 100، 120، 160، 200، 240، اور 280 تصاویر پر مشتمل نمونوں کے لیے ویکٹر کے اعداد و شمار کا موازنہ کیا گیا۔240 امیجز کے نمونے کے سائز کو مستحکم وقت کے اوسط کے نتائج دینے کے لیے پایا گیا جس کی وجہ سے ہر تصویر دو فریموں پر مشتمل ہے۔
چونکہ فلوکولیٹر میں بہاؤ ہنگامہ خیز ہے، اس لیے چھوٹے ہنگامہ خیز ڈھانچے کو حل کرنے کے لیے ایک چھوٹی تفتیشی کھڑکی اور بڑی تعداد میں ذرات کی ضرورت ہوتی ہے۔درستگی کو یقینی بنانے کے لیے کراس کورلیشن الگورتھم کے ساتھ سائز میں کمی کی کئی تکراریں لاگو کی جاتی ہیں۔50% اوورلیپ کے ساتھ 48×48 پکسلز کی ابتدائی پولنگ ونڈو کا سائز اور ایک موافقت کے عمل کے بعد 100% اوورلیپ اور دو موافقت کے عمل کے ساتھ 32×32 پکسلز کی حتمی پولنگ ونڈو کا سائز تھا۔اس کے علاوہ، شیشے کے کھوکھلے دائروں کو بہاؤ میں بیج کے ذرات کے طور پر استعمال کیا جاتا تھا، جس سے فی پولنگ ونڈو میں کم از کم 10 ذرات کی اجازت ہوتی تھی۔PIV ریکارڈنگ پروگرام ایبل ٹائمنگ یونٹ (PTU) کے اندر ایک ٹرگر سورس کے ذریعے شروع کی جاتی ہے، جو لیزر سورس اور کیمرہ کو چلانے اور سنکرونائز کرنے کا ذمہ دار ہے۔
تجارتی CFD پیکیج ANSYS Fluent v 19.1 3D ماڈل تیار کرنے اور بنیادی بہاؤ مساوات کو حل کرنے کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔
ANSYS-Fluent کا استعمال کرتے ہوئے، لیبارٹری کے پیمانے پر پیڈل فلوکولیٹر کا 3D ماڈل بنایا گیا۔یہ ماڈل مستطیل خانے کی شکل میں بنایا گیا ہے، جس میں لیبارٹری کے ماڈل کی طرح افقی محور پر نصب دو پیڈل پہیوں پر مشتمل ہے۔فری بورڈ کے بغیر ماڈل 108 سینٹی میٹر اونچا، 118 سینٹی میٹر چوڑا اور 138 سینٹی میٹر لمبا ہے۔مکسر کے ارد گرد ایک افقی بیلناکار طیارہ شامل کیا گیا ہے۔بیلناکار ہوائی جہاز کی نسل کو تنصیب کے مرحلے کے دوران پورے مکسر کی گردش کو نافذ کرنا چاہئے اور فلوکولیٹر کے اندر گھومنے والے بہاؤ کے میدان کی نقل کرنا چاہئے، جیسا کہ تصویر 3a میں دکھایا گیا ہے۔
3D ANSYS- روانی اور ماڈل جیومیٹری ڈایاگرام، دلچسپی کے جہاز پر ANSYS- روانی فلوکولیٹر باڈی میش، دلچسپی کے جہاز پر ANSYS- روانی کا خاکہ۔
ماڈل جیومیٹری دو خطوں پر مشتمل ہے، جن میں سے ہر ایک سیال ہے۔یہ منطقی گھٹاؤ فنکشن کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا جاتا ہے۔مائع کی نمائندگی کرنے کے لیے پہلے باکس سے سلنڈر (بشمول مکسر) کو گھٹائیں۔پھر سلنڈر سے مکسر کو گھٹائیں، جس کے نتیجے میں دو اشیاء ہوں گی: مکسر اور مائع۔آخر میں، دو شعبوں کے درمیان ایک سلائیڈنگ انٹرفیس لاگو کیا گیا: ایک سلنڈر-سلنڈر انٹرفیس اور ایک سلنڈر-مکسر انٹرفیس (تصویر 3a)۔
ٹربلنس ماڈلز کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے تعمیر شدہ ماڈلز کی میشنگ مکمل کر لی گئی ہے جو کہ عددی سمیلیشنز کو چلانے کے لیے استعمال کیے جائیں گے۔ٹھوس سطح کے قریب پھیلی ہوئی تہوں کے ساتھ ایک غیر ساختہ میش استعمال کیا گیا تھا۔تمام دیواروں کے لیے 1.2 کی شرح نمو کے ساتھ توسیعی پرتیں بنائیں تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ پیچیدہ بہاؤ کے نمونوں کو پکڑ لیا گیا ہے، اس بات کو یقینی بنانے کے لیے \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) m کی پہلی پرت کی موٹائی کے ساتھ۔ ( {\text {y))^{+}\le 1.0\)۔جسم کے سائز کو ٹیٹراہیڈرون فٹنگ کے طریقہ کار سے ایڈجسٹ کیا جاتا ہے۔2.5 × \({10}^{-3}\) m کے عنصر کے سائز کے ساتھ دو انٹرفیس کا فرنٹ سائڈ سائز بنایا گیا ہے، اور ایک مکسر فرنٹ سائز 9 × \({10}^{-3}\ ) m کا اطلاق ہوتا ہے۔ابتدائی تیار کردہ میش 2144409 عناصر پر مشتمل تھا (تصویر 3b)۔
ایک دو پیرامیٹر k–ε ٹربولنس ماڈل کو ابتدائی بیس ماڈل کے طور پر منتخب کیا گیا تھا۔فلوکولیٹر کے اندر گھومنے والے بہاؤ کو درست طریقے سے نقل کرنے کے لیے، ایک زیادہ کمپیوٹیشنل مہنگا ماڈل منتخب کیا گیا تھا۔فلوکولیٹر کے اندر ہنگامہ خیز گھومنے والے بہاؤ کی عددی طور پر دو CFD ماڈلز کا استعمال کرتے ہوئے چھان بین کی گئی: SST k–ω51 اور IDDES52۔ماڈلز کی توثیق کے لیے دونوں ماڈلز کے نتائج کا تجرباتی PIV نتائج سے موازنہ کیا گیا۔سب سے پہلے، SST k-ω ٹربولنس ماڈل فلوڈ ڈائنامکس ایپلی کیشنز کے لیے دو مساوات کا ٹربلنٹ واسکاسیٹی ماڈل ہے۔یہ ایک ہائبرڈ ماڈل ہے جو Wilcox k-ω اور k-ε ماڈلز کو ملاتا ہے۔مکسنگ فنکشن وال کوکس ماڈل کو دیوار کے قریب اور k-ε ماڈل کو آنے والے بہاؤ میں متحرک کرتا ہے۔یہ یقینی بناتا ہے کہ فلو فیلڈ میں صحیح ماڈل استعمال کیا گیا ہے۔یہ منفی دباؤ کے میلان کی وجہ سے بہاؤ کی علیحدگی کی درست پیش گوئی کرتا ہے۔دوم، ایڈوانسڈ ڈیفرڈ ایڈی سمولیشن (IDDES) طریقہ، SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) ماڈل کے ساتھ Individual Eddy Simulation (DES) ماڈل میں وسیع پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے۔IDDES ایک ہائبرڈ RANS-LES (large eddy simulation) ماڈل ہے جو زیادہ لچکدار اور صارف دوست ریزولوشن اسکیلنگ (SRS) سمولیشن ماڈل فراہم کرتا ہے۔یہ بڑی ایڈیز کو حل کرنے کے لیے LES ماڈل پر مبنی ہے اور SST k-ω کو چھوٹے پیمانے پر ایڈیز کی تقلید کے لیے واپس کر دیتا ہے۔ماڈل کی توثیق کرنے کے لیے SST k–ω اور IDDES سمیلیشنز کے نتائج کے شماریاتی تجزیوں کا موازنہ PIV کے نتائج سے کیا گیا۔
ایک دو پیرامیٹر k–ε ٹربولنس ماڈل کو ابتدائی بیس ماڈل کے طور پر منتخب کیا گیا تھا۔فلوکولیٹر کے اندر گھومنے والے بہاؤ کو درست طریقے سے نقل کرنے کے لیے، ایک زیادہ کمپیوٹیشنل مہنگا ماڈل منتخب کیا گیا تھا۔فلوکولیٹر کے اندر ہنگامہ خیز گھومنے والے بہاؤ کی عددی طور پر دو CFD ماڈلز کا استعمال کرتے ہوئے چھان بین کی گئی: SST k–ω51 اور IDDES52۔ماڈلز کی توثیق کے لیے دونوں ماڈلز کے نتائج کا تجرباتی PIV نتائج سے موازنہ کیا گیا۔سب سے پہلے، SST k-ω ٹربولنس ماڈل فلوڈ ڈائنامکس ایپلی کیشنز کے لیے دو مساوات کا ٹربلنٹ واسکاسیٹی ماڈل ہے۔یہ ایک ہائبرڈ ماڈل ہے جو Wilcox k-ω اور k-ε ماڈلز کو ملاتا ہے۔مکسنگ فنکشن وال کوکس ماڈل کو دیوار کے قریب اور k-ε ماڈل کو آنے والے بہاؤ میں متحرک کرتا ہے۔یہ یقینی بناتا ہے کہ فلو فیلڈ میں صحیح ماڈل استعمال کیا گیا ہے۔یہ منفی دباؤ کے میلان کی وجہ سے بہاؤ کی علیحدگی کی درست پیش گوئی کرتا ہے۔دوم، ایڈوانسڈ ڈیفرڈ ایڈی سمولیشن (IDDES) طریقہ، SST k-ω RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) ماڈل کے ساتھ Individual Eddy Simulation (DES) ماڈل میں وسیع پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے۔IDDES ایک ہائبرڈ RANS-LES (large eddy simulation) ماڈل ہے جو زیادہ لچکدار اور صارف دوست ریزولوشن اسکیلنگ (SRS) سمولیشن ماڈل فراہم کرتا ہے۔یہ بڑی ایڈیز کو حل کرنے کے لیے LES ماڈل پر مبنی ہے اور SST k-ω کو چھوٹے پیمانے پر ایڈیز کی تقلید کے لیے واپس کر دیتا ہے۔ماڈل کی توثیق کرنے کے لیے SST k–ω اور IDDES سمیلیشنز کے نتائج کے شماریاتی تجزیوں کا موازنہ PIV کے نتائج سے کیا گیا۔
دباؤ پر مبنی عارضی حل استعمال کریں اور کشش ثقل کو Y سمت میں استعمال کریں۔گھماؤ مکسر کو ایک میش موشن تفویض کرکے حاصل کیا جاتا ہے، جہاں گردش کے محور کی ابتدا افقی محور کے مرکز میں ہوتی ہے اور گردش کے محور کی سمت Z سمت میں ہوتی ہے۔ایک میش انٹرفیس دونوں ماڈل جیومیٹری انٹرفیس کے لیے بنایا گیا ہے، جس کے نتیجے میں باکس کے دو کنارے بنتے ہیں۔جیسا کہ تجرباتی تکنیک میں، گردش کی رفتار 3 اور 4 گردشوں کے مساوی ہے۔
مکسر اور فلوکولیٹر کی دیواروں کے لیے باؤنڈری کنڈیشنز دیوار کے ذریعے متعین کی گئی تھیں، اور فلوکولیٹر کے اوپری حصے کو آؤٹ لیٹ کے ذریعے صفر گیج پریشر (تصویر 3c) کے ساتھ سیٹ کیا گیا تھا۔کم سے کم مربع عناصر پر مبنی تمام پیرامیٹرز کے ساتھ سادہ دباؤ-ویلوسٹی کمیونیکیشن اسکیم، دوسرے آرڈر کے افعال کی تدریجی جگہ کی امتیازی سلوک۔تمام بہاؤ متغیرات کے لیے کنورجنسی کا معیار اسکیل شدہ بقایا 1 x \({10}^{-3}\) ہے۔فی ٹائم سٹیپ پر تکرار کی زیادہ سے زیادہ تعداد 20 ہے، اور ٹائم سٹیپ سائز 0.5° کی گردش سے مساوی ہے۔حل SST k–ω ماڈل کے لیے 8 ویں تکرار پر اور IDDES کا استعمال کرتے ہوئے 12 ویں تکرار پر اکٹھا ہوتا ہے۔اس کے علاوہ، وقت کے اقدامات کی تعداد کا حساب لگایا گیا تھا تاکہ مکسر نے کم از کم 12 انقلابات کیے.3 گردشوں کے بعد وقت کے اعدادوشمار کے لیے ڈیٹا سیمپلنگ کا اطلاق کریں، جو تجرباتی طریقہ کار کی طرح بہاؤ کو معمول پر لانے کی اجازت دیتا ہے۔ہر انقلاب کے لیے سپیڈ لوپس کے آؤٹ پٹ کا موازنہ کرنے سے پچھلے چار انقلابات کے بالکل وہی نتائج ملتے ہیں، جو اس بات کی نشاندہی کرتے ہیں کہ ایک مستحکم حالت تک پہنچ گئی ہے۔اضافی revs نے درمیانی رفتار کی شکل کو بہتر نہیں کیا۔
وقت کا مرحلہ گردش کی رفتار، 3 rpm یا 4 rpm کے سلسلے میں بیان کیا جاتا ہے۔ٹائم سٹیپ کو مکسر کو 0.5° گھمانے کے لیے درکار وقت تک بہتر کیا جاتا ہے۔یہ کافی نکلا، کیونکہ حل آسانی سے بدل جاتا ہے، جیسا کہ پچھلے حصے میں بیان کیا گیا ہے۔اس طرح، 3 rpm، 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-}) کے لیے 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) کے ترمیم شدہ وقت کے مرحلے کا استعمال کرتے ہوئے دونوں ٹربولنس ماڈلز کے لیے تمام عددی حسابات کیے گئے تھے۔ {3}\) 4 rpm۔تطہیر کے ایک مقررہ وقت کے لیے، سیل کا کورنٹ نمبر ہمیشہ 1.0 سے کم ہوتا ہے۔
ماڈل میش انحصار کو دریافت کرنے کے لیے، پہلے اصل 2.14M میش اور پھر بہتر 2.88M میش کا استعمال کرتے ہوئے نتائج حاصل کیے گئے۔مکسر باڈی کے سیل سائز کو 9 × \({10}^{-3}\) m سے 7 × \({10}^{-3}\) m تک گھٹا کر گرڈ کی تطہیر حاصل کی جاتی ہے۔دو ماڈلز ٹربلنس کی اصل اور بہتر میشوں کے لیے، بلیڈ کے ارد گرد مختلف جگہوں پر رفتار کے ماڈیولز کی اوسط قدروں کا موازنہ کیا گیا۔نتائج کے درمیان فیصد کا فرق SST k–ω ماڈل کے لیے 1.73% اور IDDES ماڈل کے لیے 3.51% ہے۔IDDES فیصد میں زیادہ فرق دکھاتا ہے کیونکہ یہ ایک ہائبرڈ RANS-LES ماڈل ہے۔ان اختلافات کو غیر اہم سمجھا جاتا تھا، لہذا نقلی اصلی میش کا استعمال کرتے ہوئے 2.14 ملین عناصر اور 0.5 ° کے گردش کے وقت کے مرحلے کے ساتھ انجام دیا گیا تھا۔
چھ تجربات میں سے ہر ایک کو دوسری بار انجام دینے اور نتائج کا موازنہ کرکے تجرباتی نتائج کی تولیدی صلاحیت کی جانچ کی گئی۔تجربات کی دو سیریز میں بلیڈ کے مرکز میں رفتار کی قدروں کا موازنہ کریں۔دو تجرباتی گروپوں کے درمیان اوسط فیصد فرق 3.1٪ تھا۔PIV نظام کو بھی ہر تجربے کے لیے آزادانہ طور پر دوبارہ ترتیب دیا گیا تھا۔ہر بلیڈ کے مرکز میں تجزیاتی طور پر حساب کی گئی رفتار کا اسی مقام پر PIV رفتار سے موازنہ کریں۔یہ موازنہ بلیڈ 1 کے لیے 6.5% کی زیادہ سے زیادہ فیصدی غلطی کے ساتھ فرق کو ظاہر کرتا ہے۔
پرچی کے عنصر کی مقدار طے کرنے سے پہلے، پیڈل فلوکولیٹر میں پرچی کے تصور کو سائنسی طور پر سمجھنا ضروری ہے، جس کے لیے فلوکولیٹر کے پیڈلوں کے گرد بہاؤ کی ساخت کا مطالعہ کرنے کی ضرورت ہے۔تصوراتی طور پر، پانی کی نسبت بلیڈ کی رفتار کو مدنظر رکھنے کے لیے پیڈل فلوکولیٹرز کے ڈیزائن میں پرچی کا گتانک بنایا گیا ہے۔لٹریچر تجویز کرتا ہے کہ یہ رفتار بلیڈ کی رفتار کا 75% ہو، اس لیے زیادہ تر ڈیزائن اس ایڈجسٹمنٹ کے لیے عام طور پر 0.25 کے ak کا استعمال کرتے ہیں۔اس کے لیے PIV تجربات سے اخذ کردہ velocity streamlines کے استعمال کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ بہاؤ کی رفتار کے فیلڈ کو مکمل طور پر سمجھا جا سکے اور اس پرچی کا مطالعہ کیا جا سکے۔بلیڈ 1 شافٹ کے قریب ترین اندرونی بلیڈ ہے، بلیڈ 3 بیرونی ترین بلیڈ ہے، اور بلیڈ 2 درمیانی بلیڈ ہے۔
بلیڈ 1 پر رفتار کی ہموار لائنیں بلیڈ کے گرد براہ راست گھومنے والے بہاؤ کو ظاہر کرتی ہیں۔یہ بہاؤ کے نمونے بلیڈ کے دائیں جانب، روٹر اور بلیڈ کے درمیان ایک نقطہ سے نکلتے ہیں۔شکل 4a میں سرخ نقطے والے باکس کے ذریعہ اشارہ کردہ علاقے کو دیکھتے ہوئے، بلیڈ کے اوپر اور اس کے ارد گرد دوبارہ گردش کے بہاؤ کے ایک اور پہلو کی نشاندہی کرنا دلچسپ ہے۔فلو ویژولائزیشن ری سرکولیشن زون میں بہت کم بہاؤ کو ظاہر کرتی ہے۔یہ بہاؤ بلیڈ کے دائیں جانب سے بلیڈ کے سرے سے تقریباً 6 سینٹی میٹر کی اونچائی پر پہنچتا ہے، ممکنہ طور پر بلیڈ سے پہلے ہاتھ کے پہلے بلیڈ کے اثر کی وجہ سے، جو تصویر میں نظر آتا ہے۔4 rpm پر فلو ویژولائزیشن ایک ہی طرز عمل اور ساخت کو ظاہر کرتی ہے، بظاہر زیادہ رفتار کے ساتھ۔
رفتار کا میدان اور 3 rpm اور 4 rpm کی دو گردش کی رفتار پر تین بلیڈوں کے موجودہ گراف۔3 rpm پر تین بلیڈ کی زیادہ سے زیادہ اوسط رفتار بالترتیب 0.15 m/s، 0.20 m/s اور 0.16 m/s ہے، اور 4 rpm پر زیادہ سے زیادہ اوسط رفتار 0.15 m/s، 0.22 m/s اور 0.22 m/s ہے۔ s، بالترتیب.تین شیٹس پر.
ہیلیکل بہاؤ کی ایک اور شکل وینز 1 اور 2 کے درمیان پائی گئی۔ ویکٹر فیلڈ واضح طور پر ظاہر کرتا ہے کہ پانی کا بہاؤ وین 2 کے نیچے سے اوپر کی طرف بڑھ رہا ہے، جیسا کہ ویکٹر کی سمت سے اشارہ کیا گیا ہے۔جیسا کہ تصویر 4b میں نقطے والے خانے سے دکھایا گیا ہے، یہ ویکٹر بلیڈ کی سطح سے عمودی طور پر اوپر کی طرف نہیں جاتے بلکہ دائیں طرف مڑتے ہیں اور آہستہ آہستہ نیچے آتے ہیں۔بلیڈ 1 کی سطح پر، نیچے کی طرف ویکٹر کو ممتاز کیا جاتا ہے، جو دونوں بلیڈوں کے قریب آتے ہیں اور ان کے درمیان بننے والے گردشی بہاؤ سے انہیں گھیر لیتے ہیں۔ایک ہی بہاؤ کا ڈھانچہ 4 rpm کی تیز رفتار طول و عرض کے ساتھ دونوں گردش کی رفتار پر طے کیا گیا تھا۔
بلیڈ 3 کی رفتار کا میدان پچھلے بلیڈ کے 3 کے نیچے کے بہاؤ میں شامل ہونے والے بلیڈ کے رفتار ویکٹر سے کوئی خاص حصہ نہیں ڈالتا ہے۔ بلیڈ 3 کے نیچے مرکزی بہاؤ عمودی رفتار ویکٹر کے پانی کے ساتھ بڑھنے کی وجہ سے ہے۔
بلیڈ 3 کی سطح پر موجود رفتار ویکٹر کو تین گروپوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ تصویر 4c میں دکھایا گیا ہے۔پہلا سیٹ بلیڈ کے دائیں کنارے پر سیٹ ہے۔اس پوزیشن میں بہاؤ کا ڈھانچہ سیدھا دائیں اور اوپر ہے (یعنی بلیڈ 2 کی طرف)۔دوسرا گروپ بلیڈ کا درمیانی حصہ ہے۔اس پوزیشن کے لیے رفتار ویکٹر کو بغیر کسی انحراف کے اور بغیر کسی گردش کے سیدھا اوپر کی طرف رکھا جاتا ہے۔رفتار کی قدر میں کمی کا تعین بلیڈ کے آخر سے اوپر کی اونچائی میں اضافے کے ساتھ کیا گیا تھا۔تیسرے گروپ کے لیے، جو بلیڈ کے بائیں جانب واقع ہے، بہاؤ کو فوری طور پر بائیں طرف، یعنی فلوکولیٹر کی دیوار کی طرف لے جایا جاتا ہے۔رفتار ویکٹر کے ذریعہ پیش کردہ زیادہ تر بہاؤ اوپر جاتا ہے، اور بہاؤ کا کچھ حصہ افقی طور پر نیچے جاتا ہے۔
دو ٹربولنس ماڈل، SST k–ω اور IDDES، بلیڈ مطلب کی لمبائی والے جہاز میں 3 rpm اور 4 rpm کے لیے وقت کی اوسط رفتار والی پروفائلز بنانے کے لیے استعمال کیے گئے تھے۔جیسا کہ شکل 5 میں دکھایا گیا ہے، مسلسل چار گردشوں سے پیدا ہونے والی رفتار کی شکل کے درمیان مطلق مماثلت حاصل کرکے مستحکم حالت حاصل کی جاتی ہے۔اس کے علاوہ، IDDES کے ذریعہ تیار کردہ وقت کی اوسط رفتار کی شکل تصویر 6a میں دکھائی گئی ہے، جب کہ SST k – ω کے ذریعہ تیار کردہ وقت کی اوسط رفتار والی پروفائلز تصویر 6a میں دکھائی گئی ہیں۔6b.
IDDES اور SST k–ω کے ذریعہ تیار کردہ وقت کی اوسط رفتار والے لوپس کا استعمال کرتے ہوئے، IDDES میں رفتار والے لوپس کا تناسب زیادہ ہے۔
IDDES کے ساتھ 3 rpm پر بنائے گئے اسپیڈ پروفائل کا بغور جائزہ لیں جیسا کہ شکل 7 میں دکھایا گیا ہے۔ مکسر گھڑی کی سمت میں گھومتا ہے اور دکھائے گئے نوٹوں کے مطابق بہاؤ پر تبادلہ خیال کیا جاتا ہے۔
انجیر پر۔7 یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ I کواڈرینٹ میں بلیڈ 3 کی سطح پر بہاؤ کی علیحدگی ہے، کیونکہ اوپری سوراخ کی موجودگی کی وجہ سے بہاؤ محدود نہیں ہے۔کواڈرینٹ II میں بہاؤ کی کوئی علیحدگی نہیں دیکھی جاتی ہے، کیونکہ فلوکولیٹر کی دیواروں سے بہاؤ مکمل طور پر محدود ہوتا ہے۔کواڈرینٹ III میں، پانی پچھلے کواڈرینٹ کی نسبت بہت کم یا کم رفتار سے گھومتا ہے۔کواڈرینٹ I اور II میں پانی کو مکسر کے عمل سے نیچے کی طرف منتقل کیا جاتا ہے (یعنی گھمایا جاتا ہے یا باہر دھکیل دیا جاتا ہے)۔اور کواڈرینٹ III میں، پانی کو مشتعل کے بلیڈ سے باہر دھکیل دیا جاتا ہے۔یہ واضح ہے کہ اس جگہ پر پانی کا حجم قریب آنے والی فلوکولیٹر آستین کے خلاف مزاحمت کرتا ہے۔اس کواڈرینٹ میں گھومنے والا بہاؤ مکمل طور پر الگ ہوجاتا ہے۔کواڈرینٹ IV کے لیے، وین 3 کے اوپر زیادہ تر ہوا کا بہاؤ فلوکولیٹر دیوار کی طرف ہوتا ہے اور بتدریج اپنا سائز کھو دیتا ہے کیونکہ اونچائی اوپر کے سوراخ تک بڑھ جاتی ہے۔
اس کے علاوہ، مرکزی مقام میں پیچیدہ بہاؤ کے نمونے شامل ہیں جو کہ کواڈرینٹ III اور IV پر غلبہ رکھتے ہیں، جیسا کہ نیلے نقطے والے بیضوی شکل سے دکھایا گیا ہے۔اس نشان زدہ علاقے کا پیڈل فلوکولیٹر میں گھومنے والے بہاؤ سے کوئی تعلق نہیں ہے، کیونکہ گھومنے والی حرکت کی نشاندہی کی جا سکتی ہے۔یہ کواڈرینٹ I اور II کے برعکس ہے جہاں اندرونی بہاؤ اور مکمل گردشی بہاؤ کے درمیان واضح علیحدگی ہے۔
جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے۔6، IDDES اور SST k-ω کے نتائج کا موازنہ کرتے ہوئے، رفتار کی شکل کے درمیان بنیادی فرق بلیڈ 3 کے بالکل نیچے رفتار کی شدت ہے۔ SST k-ω ماڈل واضح طور پر ظاہر کرتا ہے کہ بڑھا ہوا تیز رفتار بہاؤ بلیڈ 3 کے ذریعے ہوتا ہے۔ IDDES کے مقابلے میں۔
ایک اور فرق کواڈرینٹ III میں پایا جا سکتا ہے۔IDDES سے، جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، flocculator بازوؤں کے درمیان گردشی بہاؤ کی علیحدگی نوٹ کی گئی تھی۔تاہم، یہ پوزیشن کونوں سے کم رفتار کے بہاؤ اور پہلے بلیڈ کے اندرونی حصے سے سخت متاثر ہوتی ہے۔اسی مقام کے لیے SST k–ω سے، کنٹور لائنز IDDES کے مقابلے نسبتاً زیادہ رفتار دکھاتی ہیں کیونکہ دوسرے خطوں سے کوئی سنگم بہاؤ نہیں ہے۔
بہاؤ کے رویے اور ڈھانچے کی صحیح تفہیم کے لیے رفتار ویکٹر کے شعبوں اور اسٹریم لائنز کی کوالٹیٹو فہم کی ضرورت ہے۔یہ دیکھتے ہوئے کہ ہر بلیڈ 5 سینٹی میٹر چوڑا ہے، نمائندہ رفتار پروفائل فراہم کرنے کے لیے چوڑائی میں سات رفتار پوائنٹس کا انتخاب کیا گیا تھا۔اس کے علاوہ، بلیڈ کی سطح سے اوپر کی اونچائی کے فنکشن کے طور پر رفتار کی شدت کی مقداری تفہیم کے لیے ہر بلیڈ کی سطح پر براہ راست اور 10 سینٹی میٹر کی اونچائی تک عمودی طور پر 2.5 سینٹی میٹر کے مسلسل فاصلے پر رفتار کی پروفائل کی منصوبہ بندی کرنے کی ضرورت ہے۔مزید معلومات کے لیے تصویر میں S1، S2 اور S3 دیکھیں۔اپینڈکس A. شکل 8 ہر بلیڈ (Y = 0.0) کی سطح کی رفتار کی تقسیم کی مماثلت کو ظاہر کرتا ہے جو PIV تجربات اور ANSYS- روانی تجزیہ IDDES اور SST k-ω کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا گیا ہے۔دونوں عددی ماڈلز فلوکولیٹر بلیڈ کی سطح پر بہاؤ کی ساخت کو درست طریقے سے نقل کرنا ممکن بناتے ہیں۔
بلیڈ کی سطح پر رفتار کی تقسیم PIV، IDDES اور SST k–ω۔ایکس محور ہر شیٹ کی چوڑائی کو ملی میٹر میں ظاہر کرتا ہے، جس کی اصلیت (0 ملی میٹر) شیٹ کے بائیں دائرے کی نمائندگی کرتی ہے اور آخر (50 ملی میٹر) شیٹ کے دائیں دائرے کی نمائندگی کرتا ہے۔
یہ واضح طور پر دیکھا گیا ہے کہ بلیڈ 2 اور 3 کی رفتار کی تقسیم تصویر 8 اور تصویر 8 میں دکھائی گئی ہے۔ضمیمہ A میں S2 اور S3 اونچائی کے ساتھ ملتے جلتے رجحانات دکھاتے ہیں، جبکہ بلیڈ 1 آزادانہ طور پر تبدیل ہوتا ہے۔بلیڈ 2 اور 3 کی رفتار والے پروفائل بالکل سیدھے ہو جاتے ہیں اور بلیڈ کے سرے سے 10 سینٹی میٹر کی اونچائی پر ایک ہی طول و عرض رکھتے ہیں۔اس کا مطلب ہے کہ اس مقام پر بہاؤ یکساں ہو جاتا ہے۔یہ واضح طور پر PIV کے نتائج سے دیکھا جاتا ہے، جو IDDES کے ذریعے اچھی طرح سے دوبارہ تیار کیا جاتا ہے۔دریں اثنا، SST k–ω نتائج کچھ فرق دکھاتے ہیں، خاص طور پر 4 rpm پر۔
یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ بلیڈ 1 تمام پوزیشنوں میں velocity پروفائل کی ایک ہی شکل کو برقرار رکھتا ہے اور اونچائی میں اسے معمول پر نہیں لایا جاتا ہے، کیونکہ مکسر کے بیچ میں بننے والے چکر میں تمام بازوؤں کا پہلا بلیڈ ہوتا ہے۔نیز، IDDES کے مقابلے میں، PIV بلیڈ اسپیڈ پروفائلز 2 اور 3 نے زیادہ تر مقامات پر اس وقت تک قدرے تیز رفتاری دکھائی جب تک کہ وہ بلیڈ کی سطح سے 10 سینٹی میٹر اوپر تقریباً برابر نہ ہوں۔