رسوب گذاری در کانال فاضلاب شهری، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پروژه (رسوب گذاری)

هدف از این مسأله، شبیه سازی عددی فرایند رسوب گذاری (sedimentation) ذرات در یک کانال جریان آب با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

پدیده رسوب گذاری (sedimentation) یکی از پدیده‌های مخرب در کیفیت عملکرد هر تجهیزاتی است. رسوب گذاری زمانی رخ می‌دهد که سیال پایه حاوی ذرات محلول اضافی باشد.

قطر ذرات ماسه گسسته متغیر است؛ به طوری که حداقل قطر برابر 0.00001 متر، حداکثر قطر برابر 0.0002 متر و قطر متوسط برابر 0.000131 متر است.

مدل حاضر را با استفاده از نرم افزار دیزاین مدلر (Design Modeler) به صورت سه بعدی طراحی کردیم.

این مدل شامل یک دامنه محاسباتی به شکل یک کانال افقی با مقطع مربع است که در آن جریان آب و ذرات به صورت افقی در داخل حرکت می‌کند. در سطح زیرین کانال، سه ردیف صفحه یا موانع مورب طراحی شده است که می‌تواند به پدیده رسوب گذاری کمک کند.

سپس مدل را با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) مش بندی کردیم. مش بندی از نوع با سازمان (structured) بوده و تعداد 14280 سلول ایجاد شده است.

روش‌های استفاده شده

در شبیه سازی حاضر، از دیدگاه اویلرین-لاگرانژی (Eulerian-Lagrangian) در دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) استفاده شده است. به طوری که مدل چندفازی اویلرین (Eulerian multiphase) با مدل فاز گسسته متراکم (dense discrete phase model (DDPM)) جفت می‌شود.

یک فاز پیوسته تعریف شده است که مربوط به جریان آب است، و یک فاز گسسته تعریف شده است که مربوط به ذرات شن و ماسه است. ماده ماسه به عنوان ذرات راکد (stagnant particles) با چگالی برابر 2650 کیلوگرم‌برمترمکعب تعریف می‌شود.

آب با دبی 15 کیلوگرم‌برثانیه جریان دارد و به صورت افقی وارد کانال می‌شود. به طور همزمان، جریان ذرات ماسه به طور گسسته با دبی 0.21 کیلوگرم‌برثانیه و سرعت 0.083 متربرثانیه وارد کانال می‌شود.

نتایج

در پایان فرآیند حل، کانتورهای (contour) دو بعدی و سه بعدی مربوط به فشار و سرعت آب و همچنین یک ردیابی دنباله ذرات (particle tracking) براساس زمان ماندگاری (residence time) و قطر ذرات به دست می‌آید.

به عنوان مثال، ردیابی دنباله ذرات نشان می‌دهد که ذرات محلول در آب پس از برخورد به مانع مورب اولیه، در ناحیه جلویی مانع تجمع می‌یابند. بنابراین، پدیده رسوب گذاری امکان پذیر است.

آب همراه با ذرات ماسه به داخل کانال می‌ریزد، و کانال در مسیر خود موانعی دارد یا تغییر جهت ناگهانی در داخل کانال وجود دارد. یک پدیده رسوب گذاری رخ می‌دهد؛ زیرا در نواحی دارای موانع و با تغییر جهت ناگهانی، ذرات ماسه محلول به صورت موضعی نسبت به جریان اصلی آب، راکد و کند می‌شود.