Metodika hodnocení účinnosti mísení v potrubních mixérech na základě rozkolísanosti vodivosti

Kód výsledku v 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>

Výsledek na webu

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

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Metodika hodnocení účinnosti mísení v potrubních mixérech na základě rozkolísanosti vodivosti

Popis výsledku v původním jazyce

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.

Název v anglickém jazyce

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

Popis výsledku anglicky

Nowadays, pipe mixers are an important part of sludge dewatering in medium and smaller wastewater treatment plants. This is because they allow good mixing of chemicals with the sludge and do not require a flocculation tank or high energy consumption. However, the efficiency of such mixers depends on the quality of the design of the mixing elements, their shape and arrangement. Today, this is often done through CFD simulations and shape optimization, which then requires validation in the laboratory to improve the results of future designs and to verify already designed prototypes. This paper introduces a new direct method for validating mathematical models of pipeline mixers on a test line and presents the results obtained by this method in validating prototypes that were simultaneously tested at a wastewater treatment plant and marketed last year. The mixers were tested in static and dynamic designs. While the static mixer operates on the principle of supporting additional crossflows by placing mixing blades, the dynamic version is equipped with an agitator on the rotor shaft. The development of both devices involved extensive CFD simulations in ANSYS Fluent and subsequent shape optimization using DesignXplorer. The results of these simulations were then compared with the results of testing in the laboratory to validate the mathematical model used. The basic assumption of the described approach for evaluating mixing efficiency is that a well-mixed salt and water mixture exhibits low flux variation in conductivity values immediately downstream of the mixer. For this purpose, a test line with upstream and downstream conductivity sensors with automatic sensing and data preprocessing on a microcontroller was built in the water laboratory of the Czech Technical University in Prague. The new testing procedure proved to be successful for both prototypes. The values measured at one point were then compared with those measured 30 cm away to determine the effect of the location of the conductivity probes on the experimental results. In addition to measuring the conductivity variation, the pressure drop was measured, which must not be too high for pipe mixers. Testing showed that the static mixer shows better mixing uniformity than the dynamic mixer, but 30 cm further downstream, while the dynamic mixer achieves good mixing already at the outlet of the pipe. The method described here is an alternative to the costly planar laser-induced fluorescence (PLIF), magnetic resonance imaging (MRI) or conventional residence time distribution (RTD) analysis, which are thoroughly described approaches in the scientific literature. The advantage of this method, apart from its simplicity, is that it is based on a direct measurement of the physical value in the fluid stream as opposed to statistical processing of PLIF or MRI images.

Druh

D - Stať ve sborníku

CEP obor

—

OECD FORD obor

21100 - Other engineering and technologies

Projekt

—

Návaznosti

R - Projekt Ramcoveho programu EK

Rok uplatnění

2023

Kód důvěrnosti údajů

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

Název statě ve sborníku

Sborník příspěvků 15. bienální konference CzWA 2023

ISBN

978-80-908629-3-7

ISSN

—

e-ISSN

—

Počet stran výsledku

4

Strana od-do

591-594

Název nakladatele

Asociace pro vodu ČR

Místo vydání

Brno

Místo konání akce

Litomyšl

Datum konání akce

20. 9. 2023

Typ akce podle státní příslušnosti

EUR - Evropská akce

Kód UT WoS článku

—