Methodology for assessing mixing efficiency in pipeline mixers based on conductivity fluctuations

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F68407700%3A21110%2F23%3A00369177" target="_blank" >RIV/68407700:21110/23:00369177 - isvavai.cz</a>

Result on the web

<a href="https://www.bienalkaczwa.cz/" target="_blank" >https://www.bienalkaczwa.cz/</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Metodika hodnocení účinnosti mísení v potrubních mixérech na základě rozkolísanosti vodivosti

Original language description

V dnešní době potrubní mísiče jsou důležitou součástí odvodnění kalu na středních a menších čistírnách odpadních vod. Umožňují totiž kvalitní promíchávání chemikálií s kalem a nevyžadují flokulační nádrž nebo velkou spotřebu energie. Účinnost takových mísičů však záleží na kvalitě návrhu míchacích elementů, jejich tvaru a uspořádání. Dnes se to často provádí pomocí CFD simulací a tvarové optimalizace, což následně vyžaduje validaci v laboratoři pro zlepšení výsledků budoucích návrhů a ověření již navržených prototypů. Tento článek uvádí novou přímou metodu validace matematických modelů potrubních mísičů na testovací lince a prezentuje výsledky získané touto metodou při validaci prototypů, které byly zároveň otestovány na čistírně odpadních vod a uvedeny na trh v minulém roce. Testovaly se mísiče ve statickém a dynamickém provedení. Zatímco statický mixér funguje na principu podpory dodatečných příčných proudů umístěním míchacích lopatek, dynamická verze je vybavena míchadlem na hřídeli rotoru. Součástí vývoje obojích zařízení byly extenzivní CFD simulace v prostředí ANSYS Fluent a následná tvarová optimalizace pomocí programu DesignXplorer. Výsledky těchto simulací se pak porovnávaly s výsledky testování v laboratoři za účelem validace použitého matematického modelu. Základním předpokladem popsaného přístupu hodnocení účinnosti mísení je, že dobře promíchaná směs soli a vody vykazuje za toku nízké kolísání hodnoty vodivosti bezprostředně za mísičem. Pro tyto účely ve vodohospodářské laboratoři ČVUT v Praze byla postavena testovací linka s osazenými čidly vodivosti před a za mísičem s automatickým snímáním a předzpracováním dat na mikrokontroléru. Nový postup testování se osvědčil u obou prototypů. Hodnoty naměřené v jednom bodě byly pak porovnány s hodnotami naměřenými o 30 cm dál za účelem zjištění vlivu umístění vodivostních sond na výsledky experimentu. Kromě měření rozkolísanosti vodivosti se měřila tlaková ztráta, která nesmí být u potrubních mísičů příliš vysoká. Testování prokázalo, že statický mísič vykazuje lepší rovnoměrnost mísení než dynamický mixér, ale o 30 cm dál po proudu, zatímco dynamický mísič dosahuje kvalitního mísení již na výtoku z trubky. Popsaná metoda je alternativou finančně náročné planární laserem indukované fluorescenci (PLIF), magnetické rezonanci (MRI) nebo klasické analýze rozložení doby zdržení (RTD), což jsou důkladně popsané přístupy ve vědecké literatuře. Výhodou této metody, kromě její jednoduchosti, je to, že je založená na přímém měření fyzické hodnoty v proudu kapaliny na rozdíl od statistického zpracování PLIF nebo MRI snímků.

Czech name

Metodika hodnocení účinnosti mísení v potrubních mixérech na základě rozkolísanosti vodivosti

Czech description

V dnešní době potrubní mísiče jsou důležitou součástí odvodnění kalu na středních a menších čistírnách odpadních vod. Umožňují totiž kvalitní promíchávání chemikálií s kalem a nevyžadují flokulační nádrž nebo velkou spotřebu energie. Účinnost takových mísičů však záleží na kvalitě návrhu míchacích elementů, jejich tvaru a uspořádání. Dnes se to často provádí pomocí CFD simulací a tvarové optimalizace, což následně vyžaduje validaci v laboratoři pro zlepšení výsledků budoucích návrhů a ověření již navržených prototypů. Tento článek uvádí novou přímou metodu validace matematických modelů potrubních mísičů na testovací lince a prezentuje výsledky získané touto metodou při validaci prototypů, které byly zároveň otestovány na čistírně odpadních vod a uvedeny na trh v minulém roce. Testovaly se mísiče ve statickém a dynamickém provedení. Zatímco statický mixér funguje na principu podpory dodatečných příčných proudů umístěním míchacích lopatek, dynamická verze je vybavena míchadlem na hřídeli rotoru. Součástí vývoje obojích zařízení byly extenzivní CFD simulace v prostředí ANSYS Fluent a následná tvarová optimalizace pomocí programu DesignXplorer. Výsledky těchto simulací se pak porovnávaly s výsledky testování v laboratoři za účelem validace použitého matematického modelu. Základním předpokladem popsaného přístupu hodnocení účinnosti mísení je, že dobře promíchaná směs soli a vody vykazuje za toku nízké kolísání hodnoty vodivosti bezprostředně za mísičem. Pro tyto účely ve vodohospodářské laboratoři ČVUT v Praze byla postavena testovací linka s osazenými čidly vodivosti před a za mísičem s automatickým snímáním a předzpracováním dat na mikrokontroléru. Nový postup testování se osvědčil u obou prototypů. Hodnoty naměřené v jednom bodě byly pak porovnány s hodnotami naměřenými o 30 cm dál za účelem zjištění vlivu umístění vodivostních sond na výsledky experimentu. Kromě měření rozkolísanosti vodivosti se měřila tlaková ztráta, která nesmí být u potrubních mísičů příliš vysoká. Testování prokázalo, že statický mísič vykazuje lepší rovnoměrnost mísení než dynamický mixér, ale o 30 cm dál po proudu, zatímco dynamický mísič dosahuje kvalitního mísení již na výtoku z trubky. Popsaná metoda je alternativou finančně náročné planární laserem indukované fluorescenci (PLIF), magnetické rezonanci (MRI) nebo klasické analýze rozložení doby zdržení (RTD), což jsou důkladně popsané přístupy ve vědecké literatuře. Výhodou této metody, kromě její jednoduchosti, je to, že je založená na přímém měření fyzické hodnoty v proudu kapaliny na rozdíl od statistického zpracování PLIF nebo MRI snímků.

Type

D - Article in proceedings

CEP classification

—

OECD FORD branch

21100 - Other engineering and technologies

Project

—

Continuities

R - Projekt Ramcoveho programu EK

Publication year

2023

Confidentiality

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Article name in the collection

Sborník příspěvků 15. bienální konference CzWA 2023

ISBN

978-80-908629-3-7

ISSN

—

e-ISSN

—

Number of pages

4

Pages from-to

591-594

Publisher name

Asociace pro vodu ČR

Place of publication

Brno

Event location

Litomyšl

Event date

Sep 20, 2023

Type of event by nationality

EUR - Evropská akce

UT code for WoS article

—