«Численное моделирование гидравлических потоков для аккумулирующего резервуара-отстойника с применением программного комплекса ANSYS».
Целью работ является численное моделирование гидравлических потоков внутри аккумулирующего резервуара-отстойника для подтверждения правильности подбора и расстановки оборудования – насосов с гидроэжекторами Flygt NP3153.181 LT.
Ставятся и решаются следующие задачи:
- анализ и обобщение проектной документации, постановка задач расчетных исследований;
- разработка трехмерной конечнообъемной расчетной модели резервуара-отстойника с учетом расстановки оборудования;
- определение картины распределения (смешения) гидравлических потоков внутри аккумулирующего резервуара-отстойника, в т.ч. определение полей скоростей потоков и выявление застойных зон (зон рециркуляции);
- определение распределения касательных напряжений на стенке в донной зоне резервуара.
Объект исследования. Исходные данные
Схема гидроэжектора
Технические данные Flygt NP3153
Реальная геометрическая модель насоса с гидроэжектором
Упрощенная геометрическая модель насоса и схема течения через гидроэжектор
Описание расчетной CFD-модели
Расчетная модель резервуара с установленным оборудованием (гидроэжекторы, отвод и подвод сточных вод – упрощенные геометрические модели). ПК ANSYS CFX
Физическая модель:
1. Физико-механические свойства воды:
• плотность — 1000 кг/м3
• динамическая вязкость — 1200•10-6 Па·с
• температура — 15 С0
2. Физико-механические свойства воздуха:
• плотность – 1,225 кг/м3
• динамическая вязкость – 1,8•10-5 Па·с
• температура — 15 С0
3. Турбулентный поток
• модель турбулентности URANS SST
Расчетная сетка:
• 1 296 316 узлов (конечных объемов)
• имеет максимально структурированную конфигурацию с применением гексаэдральных элементов
Гидравлическая крупность частиц, поступающих в резервуар, не более 13 мм/с. Концентрация взвешенных веществ не более 2000 мг/л.
Граничные условия
Расчетная модель резервуара с установленным оборудованием (гидроэжекторы, отвод и подвод сточных вод) и массивом жидкости (воды) высотой H=4 м с отображением граничных условий на «входе» (Inlet) и «выходе» (Outlet).
Результаты нестационарных расчетов (Simulation Time = 245 s)
Трехмерная структура смешения гидравлических потоков: линии тока в различные моменты времени. Цветом показаны значени суммарной скорости потока [м/с].
Темно-синим цветом показаны зоны скоростей потока меньше, чем гидравлическая крупность частиц (менее 0.013 [м/с]), в которых возможно их осаждение.
Трехмерная структура смешения гидравлических потоков: линии тока в момент времени t=60 c. Цветом показаны значения суммарной скорости потока [м/с].
Темно-синим цветом показаны зоны скоростей потока меньше, чем гидравлическая крупность частиц (менее 0.013 [м/с]), в которых возможно их осаждение.
Трехмерная структура смешения гидравлических потоков: линии тока в момент времени t=120 c. Цветом показаны значения суммарной скорости потока [м/с].
Темно-синим цветом показаны зоны скоростей потока меньше, чем гидравлическая крупность частиц (менее 0.013 [м/с]), в которых возможно их осаждение.
Трехмерная структура смешения гидравлических потоков: линии тока в момент времени t=180 c. Цветом показаны значения суммарной скорости потока [м/с].
Темно-синим цветом показаны зоны скоростей потока меньше, чем гидравлическая крупность частиц (менее 0.013 [м/с]), в которых возможно их осаждение.
Трехмерная структура смешения гидравлических потоков: линии тока в момент времени t=245 c. Цветом показаны значения суммарной скорости потока [м/с].
Темно-синим цветом показаны зоны скоростей потока меньше, чем гидравлическая крупность частиц (менее 0.013 [м/с]), в которых возможно их осаждение.
Векторное поле скоростей в объеме жидкости в различные моменты времени.
Цветом показаны значения суммарной скорости потока [м/с]
Темно-синим цветом показаны зоны скоростей потока меньше, чем гидравлическая крупность частиц (менее 0.013 [м/с]), в которых возможно их осаждение.
Распределение мгновенной суммарной скорости потока [м/с] в различные моменты времени на горизонтальной плоскости на высоте гидроэжектора (hplane=0.6 м) и на срединной вертикальной плоскости XZ.
Темно-синим цветом показаны зоны скоростей потока меньше, чем гидравлическая крупность частиц (менее 0.013 [м/с]), в которых возможно их осаждение.
Распределение мгновенной суммарной скорости потока [м/с] в момент времени t=245 c
на горизонтальных плоскостях на высоте 0.2 м, 0.4 м, 0.6 м, 0.8 м, 1 м, 1.5 м, 2 м, 3 м (соответственно) от днища резервуара.
Темно-синим цветом показаны зоны скоростей потока меньше, чем гидравлическая крупность частиц (менее 0.013 [м/с]), в которых возможно их осаждение.
Касательные напряжения на днище резервуара [Па] в различные моменты времени.
Красным цветом показаны зоны касательных напряжений, при которых происходит движение осажденных частиц на дне. Остальные — зоны низких касательных напряжений, в которых, в случае осаждения частиц на дно резервуара, перенос их будет затруднителен,
что может способствовать седиментации.
Изоповерхности скоростей (синяя — 0.013 м/с, красная – 0.1 м/с) в различные моменты времени.
Имеются угловые пристеночные зоны, не покрытые изоповерхностями, соответствующими скоростям потока больше гидравлической крупности частиц (более 13 мм/с).
В этих зонах существует возможность седиментации.
Выводы и рекомендации
На основе анализа и обобщения проектной документации и нормативно-аналитических методик сформулирована постановка задач расчетных исследований и критерии оценки возможности осаждения взвешенных веществ;
Разработана трехмерная конечнообъемная расчетная модель резервуара-отстойника, отражающая нестационарные гидравлические турбулизованные течения с учетом расположенного внутри оборудования (трубопровод для подачи сточных вод, насосы для отвода сточных вод и гидроэжекторы) с заданием адекватных граничных условий;
Определение картины трехмерного нестационарного распределения (смешения) гидравлических потоков внутри аккумулирующего резервуара-отстойника и проведена оценка риска седиментации: получена структура смешения гидравлических потоков (линии тока, изоповерхности и векторное поле скоростей), покрывающая большую часть резервуара, в т.ч. и зоны, близкие к днищу.
По полученным численным результатам (векторные поля скоростей) и принятым в мировой научной практике критериям выполнены оценки седиментации. Показано, что:
Имеется выраженное движение в основном объеме, чтобы не допустить седиментации, однако выявлены и потенциально опасные зоны вблизи «правой» и «нижней» стенки (при виде сверху) и угловой зоне возле аварийного перелива.
Определены картины распределения касательных напряжений на дне резервуара. Выявлены зоны низких касательных напряжений, в которых, в случае осаждения частиц на дно резервуара, перенос их будет затруднителен при максимальном уровне воды, что может способствовать седиментации. Вышеупомянутые зоны возможного осаждения – среди них.
Таким образом, учитывая то, что моделирование производилось при максимально нагруженном режиме работы эжекторов с максимальным количеством жидкости в резервуаре, данная схема расстановки и подбор оборудования в целом обеспечивают перемешивание жидкости, но не устраняет выявленные расчетами зоны возможной седиментации.
«Расчетные исследования напряженно-деформированного состояния, прочности и устойчивости возведенных несущих конструкций башни „Эволюция“ на участке № 3
ММДЦ «Москва-Сити» с учетом фактического положения ж/б конструкций» «Расчетные исследования напряженно-деформированного состояния, прочности и устойчивости возведенных несущих конструкций башни „Эволюция“ на участке № 3ММДЦ «Москва-Сити» с учетом фактического положения ж/б конструкций»Численное моделирование гидравлических потоков для аккумулирующего резервуара-отстойника с применением программного комплекса ANSYS.
