पीआईवी और सीएफडी कम रोटेशन गति पर पैडल फ्लोक्यूलेशन के हाइड्रोडायनामिक्स का अध्ययन करते हैं

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इस अध्ययन में, प्रयोगशाला स्केल पैडल फ्लोक्यूलेटर में अशांत प्रवाह वेग क्षेत्र की प्रयोगात्मक और संख्यात्मक जांच द्वारा फ्लोक्यूलेशन के हाइड्रोडायनामिक्स का मूल्यांकन किया जाता है।अशांत प्रवाह जो कण एकत्रीकरण या फ्लॉक ब्रेकअप को बढ़ावा देता है वह जटिल है और इस पेपर में दो अशांति मॉडल, अर्थात् एसएसटी के-ω और आईडीडीईएस का उपयोग करके विचार और तुलना की जाती है।नतीजे बताते हैं कि आईडीडीईएस एसएसटी के-ω पर बहुत छोटा सुधार प्रदान करता है, जो पैडल फ्लोक्यूलेटर के भीतर प्रवाह को सटीक रूप से अनुकरण करने के लिए पर्याप्त है।फिट स्कोर का उपयोग पीआईवी और सीएफडी परिणामों के अभिसरण की जांच करने और उपयोग किए गए सीएफडी अशांति मॉडल के परिणामों की तुलना करने के लिए किया जाता है।अध्ययन स्लिप फैक्टर k की मात्रा निर्धारित करने पर भी ध्यान केंद्रित करता है, जो 0.25 के सामान्य सामान्य मूल्य की तुलना में 3 और 4 आरपीएम की कम गति पर 0.18 है।K को 0.25 से घटाकर 0.18 करने से द्रव को दी जाने वाली शक्ति लगभग 27-30% बढ़ जाती है और वेग प्रवणता (G) लगभग 14% बढ़ जाती है।इसका मतलब यह है कि अपेक्षा से अधिक गहन मिश्रण प्राप्त किया जाता है, इसलिए कम ऊर्जा की खपत होती है, और इसलिए पेयजल उपचार संयंत्र की फ्लोक्यूलेशन इकाई में ऊर्जा की खपत कम हो सकती है।
जल शुद्धिकरण में, कौयगुलांट मिलाने से छोटे कोलाइडल कण और अशुद्धियाँ अस्थिर हो जाती हैं, जो फिर फ्लोक्यूलेशन चरण में मिलकर फ़्लोक्यूलेशन बनाती हैं।शल्क द्रव्यमान के शिथिल रूप से बंधे भग्न समुच्चय होते हैं, जिन्हें बाद में व्यवस्थित करके हटा दिया जाता है।कण गुण और तरल मिश्रण की स्थिति फ्लोक्यूलेशन और उपचार प्रक्रिया की दक्षता निर्धारित करती है।फ्लोक्यूलेशन के लिए अपेक्षाकृत कम समय के लिए धीमी गति से हलचल और पानी की बड़ी मात्रा को हिलाने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है1।
फ्लोक्यूलेशन के दौरान, पूरे सिस्टम की हाइड्रोडायनामिक्स और कौयगुलांट-कण इंटरैक्शन की रसायन शास्त्र उस दर को निर्धारित करती है जिस पर एक स्थिर कण आकार वितरण प्राप्त किया जाता है।जब कण टकराते हैं तो वे एक-दूसरे से चिपक जाते हैं3।ओएगबाइल, एवाई4 ने बताया कि टकराव ब्राउनियन प्रसार, द्रव कतरनी और अंतर निपटान के फ्लोक्यूलेशन परिवहन तंत्र पर निर्भर करते हैं।जब गुच्छे टकराते हैं, तो वे बढ़ते हैं और एक निश्चित आकार की सीमा तक पहुंच जाते हैं, जिससे टूटना हो सकता है, क्योंकि गुच्छे हाइड्रोडायनामिक बलों 5 के बल का सामना नहीं कर सकते हैं।इनमें से कुछ टूटे हुए टुकड़े पुनः जुड़कर छोटे या समान आकार के हो जाते हैं6।हालाँकि, मजबूत गुच्छे इस बल का विरोध कर सकते हैं और अपना आकार बनाए रख सकते हैं और बढ़ भी सकते हैं7।युकसेलेन और ग्रेगरी8 ने गुच्छे के विनाश और उनकी पुनर्जीवित करने की क्षमता से संबंधित अध्ययनों पर रिपोर्ट दी, जिसमें दिखाया गया कि अपरिवर्तनीयता सीमित है।ब्रिजमैन, जेफरसन9 ने स्थानीय वेग ग्रेडिएंट्स के माध्यम से फ्लोक गठन और विखंडन पर माध्य प्रवाह और अशांति के स्थानीय प्रभाव का अनुमान लगाने के लिए सीएफडी का उपयोग किया।रोटर ब्लेड से सुसज्जित टैंकों में, उस गति को बदलना आवश्यक है जिस पर समुच्चय अन्य कणों से टकराते हैं जब वे जमावट चरण में पर्याप्त रूप से अस्थिर होते हैं।सीएफडी और लगभग 15 आरपीएम की कम रोटेशन गति का उपयोग करके, वडासरुक्कई और गगनॉन11 शंक्वाकार ब्लेड के साथ फ्लोक्यूलेशन के लिए जी मान प्राप्त करने में सक्षम थे, जिससे आंदोलन के लिए बिजली की खपत कम हो गई।हालाँकि, उच्च G मान पर संचालन से फ़्लोक्यूलेशन हो सकता है।उन्होंने पायलट पैडल फ़्लोक्यूलेटर के औसत वेग ढाल को निर्धारित करने पर मिश्रण गति के प्रभाव की जांच की।वे 5 आरपीएम से अधिक की गति से घूमते हैं।
कोर्पिजर्वी, अहलस्टेड12 ने एक टैंक परीक्षण बेंच पर प्रवाह क्षेत्र का अध्ययन करने के लिए चार अलग-अलग अशांति मॉडल का उपयोग किया।उन्होंने लेजर डॉपलर एनीमोमीटर और पीआईवी के साथ प्रवाह क्षेत्र को मापा और गणना किए गए परिणामों की तुलना मापे गए परिणामों से की।डी ओलिवेरा और डोनाडेल13 ने सीएफडी का उपयोग करके हाइड्रोडायनामिक गुणों से वेग ग्रेडिएंट का अनुमान लगाने के लिए एक वैकल्पिक विधि प्रस्तावित की है।प्रस्तावित विधि का परीक्षण पेचदार ज्यामिति पर आधारित छह फ़्लोक्यूलेशन इकाइयों पर किया गया था।फ्लोकुलेंट्स पर प्रतिधारण समय के प्रभाव का आकलन किया और एक फ्लोक्यूलेशन मॉडल प्रस्तावित किया जिसका उपयोग कम प्रतिधारण समय के साथ तर्कसंगत सेल डिजाइन का समर्थन करने के लिए एक उपकरण के रूप में किया जा सकता है।ज़ान, यू15 ने पूर्ण पैमाने पर फ़्लोक्यूलेशन में प्रवाह विशेषताओं और फ़्लोक व्यवहार का अनुकरण करने के लिए एक संयुक्त सीएफडी और जनसंख्या संतुलन मॉडल का प्रस्ताव रखा।ललानो-सेर्ना, कोरल-पोर्टिलो16 ने कोलंबिया के विटर्बो में एक जल उपचार संयंत्र में कॉक्स-प्रकार के हाइड्रोफ्लोक्यूलेटर की प्रवाह विशेषताओं की जांच की।हालाँकि सीएफडी के अपने फायदे हैं, लेकिन गणना में संख्यात्मक त्रुटियों जैसी सीमाएँ भी हैं।इसलिए, महत्वपूर्ण निष्कर्ष17 निकालने के लिए प्राप्त किसी भी संख्यात्मक परिणाम की सावधानीपूर्वक जांच और विश्लेषण किया जाना चाहिए।क्षैतिज बाफ़ल फ़्लोक्युलेटर्स के डिज़ाइन पर साहित्य में कुछ अध्ययन हैं, जबकि हाइड्रोडायनामिक फ़्लोक्युलेटर्स के डिज़ाइन के लिए सिफारिशें सीमित हैं18।चेन, लियाओ19 ने व्यक्तिगत कणों से बिखरे हुए प्रकाश के ध्रुवीकरण की स्थिति को मापने के लिए ध्रुवीकृत प्रकाश के प्रकीर्णन पर आधारित एक प्रायोगिक सेटअप का उपयोग किया।फेंग, झांग20 ने एड़ी धाराओं के वितरण का अनुकरण करने और एक जमा हुए प्लेट फ्लोक्यूलेटर और एक अंतर-नालीदार फ्लोक्यूलेटर के प्रवाह क्षेत्र में घूमने के लिए एन्सिस-फ्लुएंट का उपयोग किया।Ansys-Fluent का उपयोग करके फ्लोक्यूलेटर में अशांत द्रव प्रवाह का अनुकरण करने के बाद, Gavi21 ने फ्लोक्यूलेटर को डिजाइन करने के लिए परिणामों का उपयोग किया।वेनेली और टेक्सेरा22 ने बताया कि तर्कसंगत डिजाइन का समर्थन करने के लिए सर्पिल ट्यूब फ्लोक्यूलेटर की द्रव गतिशीलता और फ्लोक्यूलेशन प्रक्रिया के बीच संबंध को अभी भी कम समझा गया है।डी ओलिवेरा और कोस्टा टेक्सेरा23 ने दक्षता का अध्ययन किया और भौतिकी प्रयोगों और सीएफडी सिमुलेशन के माध्यम से सर्पिल ट्यूब फ्लोक्यूलेटर के हाइड्रोडायनामिक गुणों का प्रदर्शन किया।कई शोधकर्ताओं ने कुंडलित ट्यूब रिएक्टरों या कुंडलित ट्यूब फ़्लोक्यूलेटर का अध्ययन किया है।हालाँकि, विभिन्न डिज़ाइनों और परिचालन स्थितियों पर इन रिएक्टरों की प्रतिक्रिया पर विस्तृत हाइड्रोडायनामिक जानकारी का अभी भी अभाव है (सार्टोरी, ओलिवेरा24; ओलिवेरा, टेइसीइरा25)।ओलिवेरा और टेक्सेरा26 सर्पिल फ्लोक्यूलेटर के सैद्धांतिक, प्रयोगात्मक और सीएफडी सिमुलेशन से मूल परिणाम प्रस्तुत करते हैं।ओलिवेरा और टेक्सेरा27 ने एक पारंपरिक डिकैन्टर प्रणाली के साथ संयोजन में एक सर्पिल कुंडल को जमावट-फ्लोक्यूलेशन रिएक्टर के रूप में उपयोग करने का प्रस्ताव दिया।वे रिपोर्ट करते हैं कि मैलापन हटाने की दक्षता के लिए प्राप्त परिणाम फ्लोक्यूलेशन के मूल्यांकन के लिए आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले मॉडल से प्राप्त परिणामों से काफी भिन्न हैं, ऐसे मॉडल का उपयोग करते समय सावधानी बरतने का सुझाव दिया गया है।मोरुज़ी और डी ओलिवेरा [28] ने विभिन्न परिचालन स्थितियों के तहत निरंतर फ़्लोक्यूलेशन कक्षों की एक प्रणाली के व्यवहार का मॉडल तैयार किया, जिसमें उपयोग किए गए कक्षों की संख्या में भिन्नता और निश्चित या स्केल किए गए सेल वेग ग्रेडिएंट्स का उपयोग शामिल है।रोम्फोफाक, ले मेन29 अर्ध-द्वि-आयामी जेट क्लीनर में तात्कालिक वेगों का पीआईवी माप।उन्होंने फ़्लोक्यूलेशन ज़ोन में मजबूत जेट-प्रेरित परिसंचरण पाया और स्थानीय और तात्कालिक कतरनी दरों का अनुमान लगाया।
शाह, जोशी30 की रिपोर्ट है कि सीएफडी डिजाइन में सुधार और आभासी प्रवाह विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए एक दिलचस्प विकल्प प्रदान करता है।यह व्यापक प्रयोगात्मक सेटअप से बचने में मदद करता है।सीएफडी का उपयोग जल और अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों (मेलो, फ्रीयर31; अललम, नस्र32; ब्रिजमैन, जेफरसन9; ​​समरस, ज़ौबौलिस33; वांग, वू34; झांग, तेजादा-मार्टिनेज35) का विश्लेषण करने के लिए तेजी से किया जा रहा है।कई जांचकर्ताओं ने कैन परीक्षण उपकरण (ब्रिजमैन, जेफरसन36; ब्रिजमैन, जेफरसन5; जार्विस, जेफरसन6; वांग, वू34) और छिद्रित डिस्क फ्लोक्यूलेटर31 पर प्रयोग किए हैं।दूसरों ने हाइड्रोफ्लोक्यूलेटर्स (ब्रिजमैन, जेफरसन5; वडासरुक्कई, गगनॉन37) का मूल्यांकन करने के लिए सीएफडी का उपयोग किया है।घवी21 ने बताया कि मैकेनिकल फ़्लोक्यूलेटर को नियमित रखरखाव की आवश्यकता होती है क्योंकि वे अक्सर टूट जाते हैं और बहुत अधिक बिजली की आवश्यकता होती है।
पैडल फ़्लोक्यूलेटर का प्रदर्शन जलाशय के हाइड्रोडायनामिक्स पर अत्यधिक निर्भर है।ऐसे फ़्लोकुलेटर्स में प्रवाह वेग क्षेत्रों की मात्रात्मक समझ की कमी साहित्य में स्पष्ट रूप से नोट की गई है (होवे, हैंड38; हेंड्रिक्स39)।संपूर्ण जल द्रव्यमान फ़्लोक्यूलेटर प्ररित करनेवाला की गति के अधीन है, इसलिए फिसलन अपेक्षित है।आमतौर पर, स्लिप फैक्टर k द्वारा द्रव का वेग ब्लेड के वेग से कम होता है, जिसे पानी के शरीर के वेग और पैडल व्हील के वेग के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।भोले40 ने बताया कि फ्लोक्यूलेटर को डिजाइन करते समय विचार करने के लिए तीन अज्ञात कारक हैं, अर्थात् वेग ढाल, ड्रैग गुणांक, और ब्लेड के सापेक्ष पानी का सापेक्ष वेग।
कैंप41 की रिपोर्ट है कि जब उच्च गति वाली मशीनों पर विचार किया जाता है, तो गति रोटर गति की लगभग 24% होती है और कम गति वाली मशीनों के लिए 32% तक होती है।सेप्टा की अनुपस्थिति में, ड्रोस्टे और गेर42 ने 0.25 के ak मान का उपयोग किया, जबकि सेप्टा के मामले में, k 0 से 0.15 तक था।होवे, हैंड38 का सुझाव है कि k 0.2 से 0.3 की सीमा में है।हेंड्रिक्स39 ने एक अनुभवजन्य सूत्र का उपयोग करके स्लिप फैक्टर को घूर्णी गति से संबंधित किया और निष्कर्ष निकाला कि स्लिप फैक्टर भी कैंप41 द्वारा स्थापित सीमा के भीतर था।Bratby43 ने बताया कि 1.8 से 5.4 आरपीएम तक प्ररित करनेवाला गति के लिए k लगभग 0.2 है और 0.9 से 3 आरपीएम तक प्ररित करनेवाला गति के लिए 0.35 तक बढ़ जाता है।अन्य शोधकर्ता ड्रैग गुणांक (सीडी) मानों की एक विस्तृत श्रृंखला 1.0 से 1.8 तक और स्लिप गुणांक k मान 0.25 से 0.40 (फेयर और गीयर44; हाइड और लुडविग45; हैरिस, कॉफमैन46; वैन ड्यूरेन47; और ब्रैटबी और मराइस48) की रिपोर्ट करते हैं। ).कैंप41 के काम के बाद से साहित्य k को परिभाषित करने और मात्रा निर्धारित करने में महत्वपूर्ण प्रगति नहीं दिखाता है।
फ्लोक्यूलेशन प्रक्रिया टकराव को सुविधाजनक बनाने के लिए अशांति पर आधारित है, जहां अशांति/फ्लोक्यूलेशन को मापने के लिए वेग ढाल (जी) का उपयोग किया जाता है।मिश्रण पानी में रसायनों को तेजी से और समान रूप से फैलाने की प्रक्रिया है।मिश्रण की डिग्री वेग प्रवणता द्वारा मापी जाती है:
जहां G = वेग प्रवणता (सेकंड-1), P = पावर इनपुट (W), V = पानी की मात्रा (m3), μ = गतिशील चिपचिपाहट (Pa s)।
G मान जितना अधिक होगा, मिश्रितता उतनी ही अधिक होगी।एक समान जमाव सुनिश्चित करने के लिए पूरी तरह से मिश्रण आवश्यक है।साहित्य इंगित करता है कि सबसे महत्वपूर्ण डिज़ाइन पैरामीटर मिश्रण समय (टी) और वेग ढाल (जी) हैं।फ्लोक्यूलेशन प्रक्रिया टकराव को सुविधाजनक बनाने के लिए अशांति पर आधारित है, जहां अशांति/फ्लोक्यूलेशन को मापने के लिए वेग ढाल (जी) का उपयोग किया जाता है।G के लिए विशिष्ट डिज़ाइन मान 20 से 70 s-1 हैं, t 15 से 30 मिनट है, और Gt (आयाम रहित) 104 से 105 है। फास्ट मिक्स टैंक समय के साथ 700 से 1000 के G मान के साथ सबसे अच्छा काम करते हैं लगभग 2 मिनट.
जहां P प्रत्येक फ्लोकुलेटर ब्लेड द्वारा तरल को प्रदान की गई शक्ति है, N घूर्णन गति है, b ब्लेड की लंबाई है, ρ पानी का घनत्व है, r त्रिज्या है, और k स्लिप गुणांक है।यह समीकरण प्रत्येक ब्लेड पर व्यक्तिगत रूप से लागू किया जाता है और फ्लोकुलेटर के कुल पावर इनपुट को देने के लिए परिणामों को संक्षेप में प्रस्तुत किया जाता है।इस समीकरण का सावधानीपूर्वक अध्ययन पैडल फ्लोक्यूलेटर की डिजाइन प्रक्रिया में स्लिप फैक्टर k के महत्व को दर्शाता है।साहित्य k का सटीक मान नहीं बताता है, बल्कि पहले बताए अनुसार एक सीमा की अनुशंसा करता है।हालाँकि, शक्ति P और स्लिप गुणांक k के बीच संबंध घन है।इस प्रकार, बशर्ते कि सभी पैरामीटर समान हों, उदाहरण के लिए, k को 0.25 से 0.3 तक बदलने से प्रति ब्लेड द्रव में संचारित शक्ति में लगभग 20% की कमी हो जाएगी, और k को 0.25 से 0.18 तक कम करने से उसकी वृद्धि होगी।लगभग 27-30% प्रति वेन द्वारा तरल पदार्थ को शक्ति प्रदान की जाती है।अंततः, टिकाऊ पैडल फ़्लोक्यूलेटर डिज़ाइन पर k के प्रभाव की तकनीकी मात्रा निर्धारण के माध्यम से जांच की जानी चाहिए।
फिसलन के सटीक अनुभवजन्य परिमाणीकरण के लिए प्रवाह दृश्य और अनुकरण की आवश्यकता होती है।इसलिए, विभिन्न ब्लेड स्थितियों के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए शाफ्ट से अलग-अलग रेडियल दूरी पर और पानी की सतह से अलग-अलग गहराई पर एक निश्चित घूर्णी गति पर पानी में ब्लेड की स्पर्शरेखा गति का वर्णन करना महत्वपूर्ण है।
इस अध्ययन में, प्रयोगशाला स्केल पैडल फ्लोक्यूलेटर में अशांत प्रवाह वेग क्षेत्र की प्रयोगात्मक और संख्यात्मक जांच द्वारा फ्लोक्यूलेशन के हाइड्रोडायनामिक्स का मूल्यांकन किया जाता है।पीआईवी माप फ्लोक्यूलेटर पर दर्ज किए जाते हैं, जिससे पत्तियों के चारों ओर पानी के कणों के वेग को दर्शाने वाले समय-औसत वेग की रूपरेखा तैयार होती है।इसके अलावा, एएनएसवाईएस-फ्लुएंट सीएफडी का उपयोग फ्लोक्यूलेटर के अंदर घूमते प्रवाह को अनुकरण करने और समय-औसत वेग रूपरेखा बनाने के लिए किया गया था।परिणामी सीएफडी मॉडल की पुष्टि पीआईवी और सीएफडी परिणामों के बीच पत्राचार का मूल्यांकन करके की गई थी।इस कार्य का ध्यान स्लिप गुणांक k की मात्रा निर्धारित करने पर है, जो पैडल फ़्लोक्यूलेटर का एक आयामहीन डिज़ाइन पैरामीटर है।यहां प्रस्तुत कार्य 3 आरपीएम और 4 आरपीएम की कम गति पर स्लिप गुणांक k को मापने के लिए एक नया आधार प्रदान करता है।परिणामों के निहितार्थ सीधे फ्लोक्यूलेशन टैंक के हाइड्रोडायनामिक्स की बेहतर समझ में योगदान करते हैं।
प्रयोगशाला फ्लोकुलेटर में एक खुला शीर्ष आयताकार बॉक्स होता है जिसकी कुल ऊंचाई 147 सेमी, 39 सेमी की ऊंचाई, 118 सेमी की कुल चौड़ाई और 138 सेमी की कुल लंबाई होती है (चित्र 1)।Camp49 द्वारा विकसित मुख्य डिज़ाइन मानदंड का उपयोग प्रयोगशाला स्केल पैडल फ़्लोक्यूलेटर को डिज़ाइन करने और आयामी विश्लेषण के सिद्धांतों को लागू करने के लिए किया गया था।प्रायोगिक सुविधा लेबनानी अमेरिकी विश्वविद्यालय (बायब्लोस, लेबनान) की पर्यावरण इंजीनियरिंग प्रयोगशाला में बनाई गई थी।
क्षैतिज अक्ष नीचे से 60 सेमी की ऊंचाई पर स्थित है और दो पैडल पहियों को समायोजित करता है।प्रत्येक पैडल व्हील में कुल 12 पैडल के लिए प्रत्येक पैडल पर 3 पैडल के साथ 4 पैडल होते हैं।फ्लोक्यूलेशन के लिए 2 से 6 आरपीएम की कम गति पर हल्के आंदोलन की आवश्यकता होती है।फ़्लोकुलेटर्स में सबसे आम मिश्रण गति 3 आरपीएम और 4 आरपीएम हैं।प्रयोगशाला स्केल फ्लोक्यूलेटर प्रवाह को पीने के पानी के उपचार संयंत्र के फ्लोक्यूलेटर टैंक डिब्बे में प्रवाह का प्रतिनिधित्व करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।शक्ति की गणना पारंपरिक समीकरण 42 का उपयोग करके की जाती है।दोनों घूर्णन गति के लिए, गति ढाल \(\stackrel{\mathrm{-}}{\text{G}}\) 10 \({\text{sec}}^{-{1}}\) से अधिक है , रेनॉल्ड्स संख्या अशांत प्रवाह को इंगित करती है (तालिका 1)।
PIV का उपयोग बहुत बड़ी संख्या में बिंदुओं50 पर एक साथ द्रव वेग वैक्टर के सटीक और मात्रात्मक माप प्राप्त करने के लिए किया जाता है।प्रायोगिक सेटअप में एक लैब-स्केल पैडल फ़्लोक्यूलेटर, एक लाविज़न PIV सिस्टम (2017), और एक Arduino बाहरी लेजर सेंसर ट्रिगर शामिल था।समय-औसत वेग प्रोफ़ाइल बनाने के लिए, PIV छवियों को उसी स्थान पर क्रमिक रूप से रिकॉर्ड किया गया था।पीआईवी प्रणाली को ऐसे कैलिब्रेट किया जाता है कि लक्ष्य क्षेत्र एक विशेष पैडल आर्म के तीन ब्लेडों में से प्रत्येक की लंबाई के मध्य बिंदु पर होता है।बाहरी ट्रिगर में फ़्लोक्यूलेटर चौड़ाई के एक तरफ स्थित एक लेजर और दूसरी तरफ एक सेंसर रिसीवर होता है।हर बार जब फ़्लोकुलेटर आर्म लेज़र पथ को अवरुद्ध करता है, तो PIV लेज़र और प्रोग्रामेबल टाइमिंग यूनिट के साथ सिंक्रनाइज़ किए गए कैमरे के साथ एक छवि कैप्चर करने के लिए PIV सिस्टम को एक सिग्नल भेजा जाता है।अंजीर पर.2 PIV प्रणाली की स्थापना और छवि अधिग्रहण प्रक्रिया को दर्शाता है।
प्रवाह को सामान्य करने और उसी अपवर्तक सूचकांक क्षेत्र को ध्यान में रखने के लिए फ्लोक्यूलेटर को 5-10 मिनट तक संचालित करने के बाद पीआईवी की रिकॉर्डिंग शुरू की गई थी।अंशांकन को फ्लोकुलेटर में डूबी हुई अंशांकन प्लेट का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है और रुचि के ब्लेड की लंबाई के मध्य बिंदु पर रखा जाता है।अंशांकन प्लेट के ठीक ऊपर एक सपाट प्रकाश शीट बनाने के लिए पीआईवी लेजर की स्थिति को समायोजित करें।प्रत्येक ब्लेड की प्रत्येक घूर्णन गति के लिए मापे गए मान रिकॉर्ड करें, और प्रयोग के लिए चुनी गई घूर्णन गति 3 आरपीएम और 4 आरपीएम हैं।
सभी पीआईवी रिकॉर्डिंग के लिए, दो लेजर पल्स के बीच का समय अंतराल 6900 से 7700 μs तक निर्धारित किया गया था, जिससे न्यूनतम 5 पिक्सेल के कण विस्थापन की अनुमति मिली।सटीक समय-औसत माप प्राप्त करने के लिए आवश्यक छवियों की संख्या पर पायलट परीक्षण किए गए।40, 50, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 240, और 280 छवियों वाले नमूनों के लिए वेक्टर आंकड़ों की तुलना की गई।240 छवियों का एक नमूना आकार स्थिर समय-औसत परिणाम देने के लिए पाया गया, यह देखते हुए कि प्रत्येक छवि में दो फ्रेम होते हैं।
चूंकि फ्लोक्यूलेटर में प्रवाह अशांत है, इसलिए छोटी अशांत संरचनाओं को हल करने के लिए एक छोटी पूछताछ खिड़की और बड़ी संख्या में कणों की आवश्यकता होती है।सटीकता सुनिश्चित करने के लिए क्रॉस-सहसंबंध एल्गोरिथ्म के साथ आकार में कमी के कई पुनरावृत्तियों को लागू किया जाता है।50% ओवरलैप और एक अनुकूलन प्रक्रिया के साथ 48×48 पिक्सेल के प्रारंभिक मतदान विंडो आकार के बाद 100% ओवरलैप और दो अनुकूलन प्रक्रियाओं के साथ 32×32 पिक्सेल के अंतिम मतदान विंडो आकार का पालन किया गया।इसके अलावा, प्रवाह में बीज कणों के रूप में कांच के खोखले गोले का उपयोग किया गया, जिससे प्रति मतदान खिड़की पर कम से कम 10 कणों की अनुमति मिली।पीआईवी रिकॉर्डिंग को प्रोग्रामेबल टाइमिंग यूनिट (पीटीयू) में एक ट्रिगर स्रोत द्वारा ट्रिगर किया जाता है, जो लेजर स्रोत और कैमरे को संचालित करने और सिंक्रनाइज़ करने के लिए जिम्मेदार है।
वाणिज्यिक सीएफडी पैकेज एएनएसवाईएस फ्लुएंट वी 19.1 का उपयोग 3डी मॉडल विकसित करने और बुनियादी प्रवाह समीकरणों को हल करने के लिए किया गया था।
ANSYS-Fluent का उपयोग करके, प्रयोगशाला-स्केल पैडल फ़्लोक्यूलेटर का एक 3D मॉडल बनाया गया था।मॉडल एक आयताकार बॉक्स के रूप में बनाया गया है, जिसमें प्रयोगशाला मॉडल की तरह क्षैतिज अक्ष पर लगे दो पैडल पहिये शामिल हैं।फ्रीबोर्ड के बिना मॉडल 108 सेमी ऊंचा, 118 सेमी चौड़ा और 138 सेमी लंबा है।मिक्सर के चारों ओर एक क्षैतिज बेलनाकार विमान जोड़ा गया है।बेलनाकार विमान पीढ़ी को स्थापना चरण के दौरान पूरे मिक्सर के रोटेशन को लागू करना चाहिए और फ़्लोक्यूलेटर के अंदर घूर्णन प्रवाह क्षेत्र का अनुकरण करना चाहिए, जैसा कि चित्र 3 ए में दिखाया गया है।
3डी एएनएसवाईएस-धाराप्रवाह और मॉडल ज्यामिति आरेख, रुचि के तल पर एएनएसवाईएस-धाराप्रवाह फ्लोक्यूलेटर बॉडी मेष, रुचि के तल पर एएनएसवाईएस-धाराप्रवाह आरेख।
मॉडल ज्यामिति में दो क्षेत्र होते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक तरल पदार्थ है।यह तार्किक घटाव फ़ंक्शन का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।तरल को दर्शाने के लिए सबसे पहले बॉक्स से सिलेंडर (मिक्सर सहित) को हटा दें।फिर सिलेंडर से मिक्सर को हटा दें, जिसके परिणामस्वरूप दो वस्तुएँ प्राप्त होंगी: मिक्सर और तरल।अंत में, दो क्षेत्रों के बीच एक स्लाइडिंग इंटरफ़ेस लागू किया गया: एक सिलेंडर-सिलेंडर इंटरफ़ेस और एक सिलेंडर-मिक्सर इंटरफ़ेस (छवि 3 ए)।
निर्मित मॉडलों की मेशिंग का काम अशांति मॉडलों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पूरा कर लिया गया है जिनका उपयोग संख्यात्मक सिमुलेशन चलाने के लिए किया जाएगा।ठोस सतह के पास विस्तारित परतों के साथ एक असंरचित जाल का उपयोग किया गया था।यह सुनिश्चित करने के लिए कि जटिल प्रवाह पैटर्न कैप्चर किए गए हैं, 1.2 की वृद्धि दर के साथ सभी दीवारों के लिए विस्तार परतें बनाएं, यह सुनिश्चित करने के लिए \(7\mathrm{ x }{10}^{-4}\) मीटर की पहली परत की मोटाई के साथ \ ({पाठ {y}}^{+}ले 1.0\).शरीर का आकार टेट्राहेड्रोन फिटिंग विधि का उपयोग करके समायोजित किया जाता है।2.5 × \({10}^{-3}\) मी के तत्व आकार के साथ दो इंटरफेस का एक फ्रंट साइड आकार बनाया गया है, और 9 × \({10}^{-3}\ ) का एक मिक्सर फ्रंट साइज बनाया गया है। एम लगाया जाता है.प्रारंभिक उत्पन्न जाल में 2144409 तत्व शामिल थे (चित्र 3बी)।
एक दो-पैरामीटर k-ε अशांति मॉडल को प्रारंभिक आधार मॉडल के रूप में चुना गया था।फ़्लोक्यूलेटर के अंदर घूमते प्रवाह का सटीक अनुकरण करने के लिए, एक अधिक कम्प्यूटेशनल रूप से महंगा मॉडल चुना गया था।फ्लोक्यूलेटर के अंदर अशांत घूमते प्रवाह की संख्यात्मक रूप से दो सीएफडी मॉडल: एसएसटी के-ω51 और आईडीडीईएस52 का उपयोग करके जांच की गई थी।मॉडलों को मान्य करने के लिए दोनों मॉडलों के परिणामों की प्रयोगात्मक PIV परिणामों के साथ तुलना की गई।सबसे पहले, एसएसटी के-ω अशांति मॉडल द्रव गतिशीलता अनुप्रयोगों के लिए एक दो-समीकरण अशांत चिपचिपापन मॉडल है।यह विलकॉक्स k-ω और k-ε मॉडल को मिलाकर एक हाइब्रिड मॉडल है।मिश्रण फ़ंक्शन दीवार के पास विलकॉक्स मॉडल और आने वाले प्रवाह में k-ε मॉडल को सक्रिय करता है।यह सुनिश्चित करता है कि पूरे प्रवाह क्षेत्र में सही मॉडल का उपयोग किया जाता है।यह प्रतिकूल दबाव प्रवणता के कारण प्रवाह पृथक्करण की सटीक भविष्यवाणी करता है।दूसरे, SST k-ω RANS (रेनॉल्ड्स-एवरेज्ड नेवियर-स्टोक्स) मॉडल के साथ व्यक्तिगत एड़ी सिमुलेशन (DES) मॉडल में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली उन्नत डिफर्ड एड़ी सिमुलेशन (IDDES) विधि का चयन किया गया था।IDDES एक हाइब्रिड RANS-LES (बड़े एड़ी सिमुलेशन) मॉडल है जो अधिक लचीला और उपयोगकर्ता के अनुकूल रिज़ॉल्यूशन स्केलिंग (SRS) सिमुलेशन मॉडल प्रदान करता है।यह बड़े भंवरों को हल करने के लिए LES मॉडल पर आधारित है और छोटे पैमाने के भंवरों का अनुकरण करने के लिए SST k-ω पर वापस आ जाता है।मॉडल को मान्य करने के लिए SST k-ω और IDDES सिमुलेशन के परिणामों के सांख्यिकीय विश्लेषण की तुलना PIV परिणामों से की गई।
एक दो-पैरामीटर k-ε अशांति मॉडल को प्रारंभिक आधार मॉडल के रूप में चुना गया था।फ़्लोक्यूलेटर के अंदर घूमते प्रवाह का सटीक अनुकरण करने के लिए, एक अधिक कम्प्यूटेशनल रूप से महंगा मॉडल चुना गया था।फ्लोक्यूलेटर के अंदर अशांत घूमते प्रवाह की संख्यात्मक रूप से दो सीएफडी मॉडल: एसएसटी के-ω51 और आईडीडीईएस52 का उपयोग करके जांच की गई थी।मॉडलों को मान्य करने के लिए दोनों मॉडलों के परिणामों की प्रयोगात्मक PIV परिणामों के साथ तुलना की गई।सबसे पहले, एसएसटी के-ω अशांति मॉडल द्रव गतिशीलता अनुप्रयोगों के लिए एक दो-समीकरण अशांत चिपचिपापन मॉडल है।यह विलकॉक्स k-ω और k-ε मॉडल को मिलाकर एक हाइब्रिड मॉडल है।मिश्रण फ़ंक्शन दीवार के पास विलकॉक्स मॉडल और आने वाले प्रवाह में k-ε मॉडल को सक्रिय करता है।यह सुनिश्चित करता है कि पूरे प्रवाह क्षेत्र में सही मॉडल का उपयोग किया जाता है।यह प्रतिकूल दबाव प्रवणता के कारण प्रवाह पृथक्करण की सटीक भविष्यवाणी करता है।दूसरे, SST k-ω RANS (रेनॉल्ड्स-एवरेज्ड नेवियर-स्टोक्स) मॉडल के साथ व्यक्तिगत एड़ी सिमुलेशन (DES) मॉडल में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली उन्नत डिफर्ड एड़ी सिमुलेशन (IDDES) विधि का चयन किया गया था।IDDES एक हाइब्रिड RANS-LES (बड़े एड़ी सिमुलेशन) मॉडल है जो अधिक लचीला और उपयोगकर्ता के अनुकूल रिज़ॉल्यूशन स्केलिंग (SRS) सिमुलेशन मॉडल प्रदान करता है।यह बड़े भंवरों को हल करने के लिए LES मॉडल पर आधारित है और छोटे पैमाने के भंवरों का अनुकरण करने के लिए SST k-ω पर वापस आ जाता है।मॉडल को मान्य करने के लिए SST k-ω और IDDES सिमुलेशन के परिणामों के सांख्यिकीय विश्लेषण की तुलना PIV परिणामों से की गई।
दबाव-आधारित क्षणिक सॉल्वर का उपयोग करें और Y दिशा में गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करें।मिक्सर को एक जाल गति निर्दिष्ट करके रोटेशन प्राप्त किया जाता है, जहां रोटेशन अक्ष की उत्पत्ति क्षैतिज अक्ष के केंद्र में होती है और रोटेशन अक्ष की दिशा Z दिशा में होती है।दोनों मॉडल ज्यामिति इंटरफेस के लिए एक जाल इंटरफ़ेस बनाया गया है, जिसके परिणामस्वरूप दो बाउंडिंग बॉक्स किनारे बनते हैं।प्रायोगिक तकनीक की तरह, घूर्णन गति 3 और 4 क्रांतियों से मेल खाती है।
मिक्सर और फ्लोक्यूलेटर की दीवारों के लिए सीमा की स्थिति दीवार द्वारा निर्धारित की गई थी, और फ्लोक्यूलेटर का शीर्ष उद्घाटन शून्य गेज दबाव (छवि 3 सी) के साथ आउटलेट द्वारा निर्धारित किया गया था।सरल दबाव-वेग संचार योजना, न्यूनतम वर्ग तत्वों के आधार पर सभी मापदंडों के साथ दूसरे क्रम के कार्यों के ग्रेडिएंट स्पेस का विवेकीकरण।सभी प्रवाह चर के लिए अभिसरण मानदंड स्केल किया गया अवशिष्ट 1 x \({10}^{-3}\) है।प्रति समय चरण में पुनरावृत्तियों की अधिकतम संख्या 20 है, और समय चरण का आकार 0.5° के घूर्णन से मेल खाता है।समाधान SST k-ω मॉडल के लिए 8वें पुनरावृत्ति पर और IDDES का उपयोग करके 12वें पुनरावृत्ति पर अभिसरण होता है।इसके अलावा, समय चरणों की संख्या की गणना की गई ताकि मिक्सर कम से कम 12 चक्कर लगाए।3 घुमावों के बाद समय आँकड़ों के लिए डेटा नमूनाकरण लागू करें, जो प्रयोगात्मक प्रक्रिया के समान, प्रवाह को सामान्य बनाने की अनुमति देता है।प्रत्येक क्रांति के लिए स्पीड लूप के आउटपुट की तुलना करने से पिछले चार क्रांतियों के लिए बिल्कुल वही परिणाम मिलते हैं, जो दर्शाता है कि एक स्थिर स्थिति तक पहुंच गया है।अतिरिक्त रेव्स से मध्यम गति की रूपरेखा में सुधार नहीं हुआ।
समय चरण को घूर्णन गति, 3 आरपीएम या 4 आरपीएम के संबंध में परिभाषित किया गया है।समय चरण को मिक्सर को 0.5° तक घुमाने के लिए आवश्यक समय तक परिष्कृत किया जाता है।यह पर्याप्त साबित होता है, क्योंकि समाधान आसानी से परिवर्तित हो जाता है, जैसा कि पिछले अनुभाग में बताया गया है।इस प्रकार, दोनों अशांति मॉडल के लिए सभी संख्यात्मक गणना 3 आरपीएम के लिए 0.02 \(\stackrel{\mathrm{-}}{7}\) के संशोधित समय चरण का उपयोग करके की गई, 0.0208 \(\stackrel{ \mathrm{-} {3}\) 4 आरपीएम।किसी दिए गए शोधन समय चरण के लिए, सेल की कूरेंट संख्या हमेशा 1.0 से कम होती है।
मॉडल-मेष निर्भरता का पता लगाने के लिए, पहले मूल 2.14M जाल और फिर परिष्कृत 2.88M जाल का उपयोग करके परिणाम प्राप्त किए गए।मिक्सर बॉडी के सेल आकार को 9 × \({10}^{-3}\) m से 7 × \({10}^{-3}\) m तक कम करके ग्रिड परिशोधन प्राप्त किया जाता है।दो अशांति मॉडल के मूल और परिष्कृत जालों के लिए, ब्लेड के चारों ओर विभिन्न स्थानों में वेग मॉड्यूल के औसत मूल्यों की तुलना की गई।परिणामों के बीच प्रतिशत अंतर एसएसटी के-ω मॉडल के लिए 1.73% और आईडीडीईएस मॉडल के लिए 3.51% है।IDDES उच्च प्रतिशत अंतर दिखाता है क्योंकि यह एक हाइब्रिड RANS-LES मॉडल है।इन अंतरों को महत्वहीन माना जाता था, इसलिए सिमुलेशन 2.14 मिलियन तत्वों और 0.5° के रोटेशन समय चरण के साथ मूल जाल का उपयोग करके किया गया था।
प्रयोगात्मक परिणामों की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता की जांच छह प्रयोगों में से प्रत्येक को दूसरी बार करके और परिणामों की तुलना करके की गई थी।प्रयोगों की दो श्रृंखलाओं में ब्लेड के केंद्र पर गति मानों की तुलना करें।दो प्रायोगिक समूहों के बीच औसत प्रतिशत अंतर 3.1% था।प्रत्येक प्रयोग के लिए PIV प्रणाली को भी स्वतंत्र रूप से पुन: कैलिब्रेट किया गया था।प्रत्येक ब्लेड के केंद्र में विश्लेषणात्मक रूप से गणना की गई गति की तुलना उसी स्थान पर PIV गति से करें।यह तुलना ब्लेड 1 के लिए 6.5% की अधिकतम प्रतिशत त्रुटि के साथ अंतर दिखाती है।
स्लिप फैक्टर को मापने से पहले, पैडल फ्लोक्यूलेटर में स्लिप की अवधारणा को वैज्ञानिक रूप से समझना आवश्यक है, जिसके लिए फ्लोक्यूलेटर के पैडल के आसपास प्रवाह संरचना का अध्ययन करना आवश्यक है।वैचारिक रूप से, पानी के सापेक्ष ब्लेड की गति को ध्यान में रखने के लिए स्लिप गुणांक को पैडल फ़्लोक्यूलेटर के डिज़ाइन में बनाया गया है।साहित्य अनुशंसा करता है कि यह गति ब्लेड की गति का 75% होनी चाहिए, इसलिए अधिकांश डिज़ाइन आमतौर पर इस समायोजन के लिए 0.25 के एके का उपयोग करते हैं।प्रवाह वेग क्षेत्र को पूरी तरह से समझने और इस स्लिप का अध्ययन करने के लिए पीआईवी प्रयोगों से प्राप्त वेग स्ट्रीमलाइन के उपयोग की आवश्यकता होती है।ब्लेड 1 शाफ्ट के सबसे निकट का आंतरिक ब्लेड है, ब्लेड 3 सबसे बाहरी ब्लेड है, और ब्लेड 2 मध्य ब्लेड है।
ब्लेड 1 पर वेग स्ट्रीमलाइन ब्लेड के चारों ओर एक सीधा घूर्णन प्रवाह दिखाती है।ये प्रवाह पैटर्न रोटर और ब्लेड के बीच, ब्लेड के दाईं ओर एक बिंदु से निकलते हैं।चित्र 4ए में लाल बिंदीदार बॉक्स द्वारा दर्शाए गए क्षेत्र को देखते हुए, ब्लेड के ऊपर और उसके आसपास पुनरावर्तन प्रवाह के एक अन्य पहलू की पहचान करना दिलचस्प है।फ्लो विज़ुअलाइज़ेशन रीसर्क्युलेशन ज़ोन में थोड़ा प्रवाह दिखाता है।यह प्रवाह ब्लेड के दाहिनी ओर से ब्लेड के अंत से लगभग 6 सेमी की ऊंचाई पर पहुंचता है, संभवतः ब्लेड से पहले हाथ के पहले ब्लेड के प्रभाव के कारण, जो छवि में दिखाई देता है।4 आरपीएम पर प्रवाह विज़ुअलाइज़ेशन समान व्यवहार और संरचना दिखाता है, जाहिर तौर पर उच्च गति के साथ।
3 आरपीएम और 4 आरपीएम की दो घूर्णन गति पर तीन ब्लेडों का वेग क्षेत्र और वर्तमान ग्राफ।3 आरपीएम पर तीनों ब्लेड की अधिकतम औसत गति क्रमशः 0.15 मीटर/सेकेंड, 0.20 मीटर/सेकेंड और 0.16 मीटर/सेकंड है, और 4 आरपीएम पर अधिकतम औसत गति 0.15 मीटर/सेकेंड, 0.22 मीटर/सेकेंड और 0.22 मीटर/ है। एस, क्रमशः।तीन शीटों पर.
वेन 1 और 2 के बीच पेचदार प्रवाह का एक अन्य रूप पाया गया। वेक्टर क्षेत्र स्पष्ट रूप से दिखाता है कि पानी का प्रवाह वेन 2 के नीचे से ऊपर की ओर बढ़ रहा है, जैसा कि वेक्टर की दिशा से संकेत मिलता है।जैसा कि चित्र 4 बी में बिंदीदार बॉक्स द्वारा दिखाया गया है, ये वेक्टर ब्लेड की सतह से लंबवत ऊपर की ओर नहीं जाते हैं, बल्कि दाईं ओर मुड़ते हैं और धीरे-धीरे नीचे उतरते हैं।ब्लेड 1 की सतह पर, नीचे की ओर जाने वाले वैक्टर प्रतिष्ठित होते हैं, जो दोनों ब्लेडों के पास पहुंचते हैं और उनके बीच बने रीसर्क्युलेशन प्रवाह से उन्हें घेर लेते हैं।समान प्रवाह संरचना 4 आरपीएम के उच्च गति आयाम के साथ दोनों रोटेशन गति पर निर्धारित की गई थी।
ब्लेड 3 का वेग क्षेत्र ब्लेड 3 के नीचे प्रवाह में शामिल होने वाले पिछले ब्लेड के वेग वेक्टर से महत्वपूर्ण योगदान नहीं देता है। ब्लेड 3 के नीचे मुख्य प्रवाह पानी के साथ बढ़ते ऊर्ध्वाधर वेग वेक्टर के कारण होता है।
ब्लेड 3 की सतह पर वेग वैक्टर को तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है, जैसा कि चित्र 4सी में दिखाया गया है।पहला सेट ब्लेड के दाहिने किनारे पर है।इस स्थिति में प्रवाह संरचना सीधे दाईं ओर और ऊपर (यानी ब्लेड 2 की ओर) होती है।दूसरा समूह ब्लेड का मध्य भाग है।इस स्थिति के लिए वेग वेक्टर बिना किसी विचलन और बिना घूर्णन के, सीधे ऊपर की ओर निर्देशित होता है।वेग मान में कमी ब्लेड के अंत के ऊपर की ऊंचाई में वृद्धि के साथ निर्धारित की गई थी।तीसरे समूह के लिए, ब्लेड की बायीं परिधि पर स्थित, प्रवाह को तुरंत बायीं ओर निर्देशित किया जाता है, यानी फ्लोक्यूलेटर की दीवार की ओर।वेग वेक्टर द्वारा दर्शाया गया अधिकांश प्रवाह ऊपर जाता है, और प्रवाह का कुछ हिस्सा क्षैतिज रूप से नीचे जाता है।
ब्लेड माध्य लंबाई वाले विमान में 3 आरपीएम और 4 आरपीएम के लिए समय-औसत वेग प्रोफाइल बनाने के लिए दो अशांति मॉडल, एसएसटी के-ω और आईडीडीईएस का उपयोग किया गया था।जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है, चार क्रमिक घुमावों द्वारा निर्मित वेग आकृति के बीच पूर्ण समानता प्राप्त करके स्थिर स्थिति प्राप्त की जाती है।इसके अलावा, आईडीडीईएस द्वारा उत्पन्न समय-औसत वेग रूपरेखा चित्र 6 ए में दिखाई गई है, जबकि एसएसटी के - ω द्वारा उत्पन्न समय-औसत वेग प्रोफाइल चित्र 6 ए में दिखाए गए हैं।6बी.
IDDES और SST k-ω द्वारा उत्पन्न समय-औसत वेग लूप का उपयोग करते हुए, IDDES में वेग लूप का अनुपात अधिक होता है।
जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है, 3 आरपीएम पर आईडीडीईएस के साथ बनाई गई गति प्रोफ़ाइल की सावधानीपूर्वक जांच करें। मिक्सर दक्षिणावर्त घूमता है और दिखाए गए नोट्स के अनुसार प्रवाह पर चर्चा की जाती है।
अंजीर पर.7 यह देखा जा सकता है कि I चतुर्थांश में ब्लेड 3 की सतह पर प्रवाह का पृथक्करण होता है, क्योंकि ऊपरी छेद की उपस्थिति के कारण प्रवाह बाधित नहीं होता है।चतुर्थांश II में प्रवाह का कोई पृथक्करण नहीं देखा गया है, क्योंकि प्रवाह पूरी तरह से फ्लोक्यूलेटर की दीवारों द्वारा सीमित है।चतुर्थांश III में, पानी पिछले चतुर्थांश की तुलना में बहुत कम या कम गति से घूमता है।चतुर्थांश I और II में पानी मिक्सर की क्रिया द्वारा नीचे की ओर ले जाया जाता है (यानी घुमाया जाता है या बाहर धकेल दिया जाता है)।और चतुर्थांश III में, आंदोलनकारी के ब्लेड द्वारा पानी को बाहर धकेल दिया जाता है।यह स्पष्ट है कि इस स्थान पर पानी का द्रव्यमान निकट आने वाले फ्लोकुलेटर स्लीव का प्रतिरोध करता है।इस चतुर्थांश में रोटरी प्रवाह पूरी तरह से अलग हो गया है।चतुर्थांश IV के लिए, वेन 3 के ऊपर अधिकांश वायु प्रवाह फ्लोकुलेटर दीवार की ओर निर्देशित होता है और जैसे-जैसे शीर्ष उद्घाटन की ऊंचाई बढ़ती है, धीरे-धीरे इसका आकार कम हो जाता है।
इसके अलावा, केंद्रीय स्थान में जटिल प्रवाह पैटर्न शामिल हैं जो चतुर्भुज III और IV पर हावी हैं, जैसा कि नीले बिंदीदार दीर्घवृत्त द्वारा दिखाया गया है।इस चिह्नित क्षेत्र का पैडल फ़्लोक्यूलेटर में घूमते प्रवाह से कोई लेना-देना नहीं है, क्योंकि घूमते हुए गति की पहचान की जा सकती है।यह चतुर्थांश I और II के विपरीत है जहां आंतरिक प्रवाह और पूर्ण घूर्णी प्रवाह के बीच स्पष्ट अलगाव होता है।
जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।6, आईडीडीईएस और एसएसटी के-ω के परिणामों की तुलना करते हुए, वेग आकृति के बीच मुख्य अंतर ब्लेड 3 के ठीक नीचे वेग का परिमाण है। एसएसटी के-ω मॉडल स्पष्ट रूप से दिखाता है कि विस्तारित उच्च-वेग प्रवाह ब्लेड 3 द्वारा किया जाता है आईडीडीईएस की तुलना में।
एक और अंतर चतुर्थांश III में पाया जा सकता है।आईडीडीईएस से, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, फ्लोक्यूलेटर भुजाओं के बीच घूर्णी प्रवाह पृथक्करण नोट किया गया था।हालाँकि, यह स्थिति कोनों और पहले ब्लेड के आंतरिक भाग से कम वेग प्रवाह से काफी प्रभावित होती है।समान स्थान के लिए SST k-ω से, समोच्च रेखाएँ IDDES की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक वेग दिखाती हैं क्योंकि अन्य क्षेत्रों से कोई संगम प्रवाह नहीं होता है।
प्रवाह व्यवहार और संरचना की सही समझ के लिए वेग वेक्टर क्षेत्रों और स्ट्रीमलाइन की गुणात्मक समझ आवश्यक है।यह देखते हुए कि प्रत्येक ब्लेड 5 सेमी चौड़ा है, एक प्रतिनिधि वेग प्रोफ़ाइल प्रदान करने के लिए चौड़ाई में सात वेग बिंदु चुने गए थे।इसके अलावा, ब्लेड की सतह के ऊपर ऊंचाई के कार्य के रूप में वेग के परिमाण की मात्रात्मक समझ के लिए वेग प्रोफ़ाइल को सीधे प्रत्येक ब्लेड की सतह पर और 10 सेमी की ऊंचाई तक लंबवत रूप से 2.5 सेमी की निरंतर दूरी पर प्लॉट करना आवश्यक है।अधिक जानकारी के लिए चित्र में S1, S2 और S3 देखें।परिशिष्ट A. चित्र 8 PIV प्रयोगों और IDDES और SST k-ω का उपयोग करके ANSYS-फ़्लुएंट विश्लेषण का उपयोग करके प्राप्त प्रत्येक ब्लेड (Y = 0.0) की सतह वेग वितरण की समानता को दर्शाता है।दोनों संख्यात्मक मॉडल फ्लोक्यूलेटर ब्लेड की सतह पर प्रवाह संरचना का सटीक अनुकरण करना संभव बनाते हैं।
ब्लेड की सतह पर वेग वितरण PIV, IDDES और SST k-ω।एक्स-अक्ष मिलीमीटर में प्रत्येक शीट की चौड़ाई का प्रतिनिधित्व करता है, मूल (0 मिमी) शीट की बाईं परिधि का प्रतिनिधित्व करता है और अंत (50 मिमी) शीट की दाईं परिधि का प्रतिनिधित्व करता है।
यह स्पष्ट रूप से देखा गया है कि ब्लेड 2 और 3 का गति वितरण चित्र 8 और चित्र 8 में दिखाया गया है।परिशिष्ट ए में एस2 और एस3 ऊंचाई के साथ समान रुझान दिखाते हैं, जबकि ब्लेड 1 स्वतंत्र रूप से बदलता है।ब्लेड 2 और 3 की वेग प्रोफाइल बिल्कुल सीधी हो जाती है और ब्लेड के अंत से 10 सेमी की ऊंचाई पर समान आयाम होता है।इसका मतलब यह है कि इस बिंदु पर प्रवाह एक समान हो जाता है।यह पीआईवी परिणामों से स्पष्ट रूप से देखा जाता है, जिन्हें आईडीडीईएस द्वारा अच्छी तरह से पुन: प्रस्तुत किया गया है।इस बीच, एसएसटी के-ω परिणाम कुछ अंतर दिखाते हैं, खासकर 4 आरपीएम पर।
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ब्लेड 1 सभी स्थितियों में वेग प्रोफ़ाइल के समान आकार को बरकरार रखता है और ऊंचाई में सामान्यीकृत नहीं होता है, क्योंकि मिक्सर के केंद्र में बने भंवर में सभी हथियारों का पहला ब्लेड होता है।इसके अलावा, आईडीडीईएस की तुलना में, पीआईवी ब्लेड स्पीड प्रोफाइल 2 और 3 ने अधिकांश स्थानों पर थोड़ा अधिक गति मान दिखाया जब तक कि वे ब्लेड की सतह से 10 सेमी ऊपर लगभग बराबर नहीं थे।