Научная статья на тему 'Численные результаты моделирования работы фильтрующего взвешенного слоя'

Численные результаты моделирования работы фильтрующего взвешенного слоя Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
86
8
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЧИСЛЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ / МОДЕЛИРОВАНИЕ / ФИЛЬТРОВАНИЕ / ВЗВЕШЕННЫЙ СЛОЙ / NUMERICAL RESULTS / SIMULATION / FILTERING / SUSPENDED IMPURITIES

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Сколубович Юрий Леонидович, Бойко Ольга Александровна, Зеркаль Сергей Михайлович, Сколубович Алексей Юрьевич, Рогазинский Сергей Валентинович

Выполнен анализ математической модели, отображающей работу взвешенной фильтрующей загрузки реактора-осветлителя. В рассмотрение вошло новое предположение траектории движения частицы примеси в фильтрующем слое. Установлена сильная зависимость статистической модели от выбора модели (свободное перемещение и с диаграммой перемещения) движения частицы примеси в фильтрующем слое для различного характерного радиуса зерен загрузки.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Сколубович Юрий Леонидович, Бойко Ольга Александровна, Зеркаль Сергей Михайлович, Сколубович Алексей Юрьевич, Рогазинский Сергей Валентинович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

NUMERICAL SIMULATION OF BEHAVIOR OF FILTERING BED ENTRAPPING SUSPENDED IMPURITIES

The paper presents a mathematical model of suspended filtering material behavior in a clarifying reactor. A new assumption concerning the movement of impurity particles in a filtering bed is discussed in this paper. A strong dependence was established between a statistical model and a choice of the movement trajectory model (free movement and displacement diagram) of particles in a filtering bed for various grain radii of filtering material.

Текст научной работы на тему «Численные результаты моделирования работы фильтрующего взвешенного слоя»

ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

УДК 628

СКОЛУБОВИЧ ЮРИЙ ЛЕОНИДОВИЧ, докт. техн. наук, профессор, rector@sibstrin. ги

БОЙКО ОЛЬГА АЛЕКСАНДРОВНА, ст. преподаватель, boa@ngs. ги

ЗЕРКАЛЬ СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ, докт. техн. наук, профессор, zerkal@ngs. ги

СКОЛУБОВИЧ АЛЕКСЕЙ ЮРЬЕВИЧ, канд. техн. наук, skolubovicha@mail. ги

Новосибирский государственный архитектурно-строительный

университет (Сибстрин)

630008, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, 113

РОГАЗИНСКИЙ СЕРГЕЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ, докт. физ.-мат. наук,

ст. научный сотрудник

svr@osmf.sscc. ги

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН,

630090, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 6

ЧИСЛЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ФИЛЬТРУЮЩЕГО ВЗВЕШЕННОГО СЛОЯ

Выполнен анализ математической модели, отображающей работу взвешенной фильтрующей загрузки реактора-осветлителя. В рассмотрение вошло новое предположение траектории движения частицы примеси в фильтрующем слое. Установлена сильная зависимость статистической модели от выбора модели (свободное перемещение и с диаграммой перемещения) движения частицы примеси в фильтрующем слое для различного характерного радиуса зерен загрузки.

Ключевые слова: численные результаты; моделирование; фильтрование; взвешенный слой.

YURIIЬ. SKOLUBOVICH, DSc, Professor,

rector@sibstrin. ги

ОЬШ А. В01К0, Senior Ьесигег,

© Ю.Л. Сколубович, О.А. Бойко, С.М. Зеркаль, А.Ю. Сколубович, С.В. Рогазинский, 2014

boa@ngs. ru

SERGEIM. ZERKAL', DSc, Professor, zerkal@ngs. ru

ALEKSEI Yu. SKOLUBOVICH, PhD, skolubovicha@mail ru

Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering, 113, Leningradskaya Str., 630008, Novosibirsk, Russia SERGEI V. ROGAZINSKII, DSc, Senior Research Assistant, svr@osmf.sscc. ru

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS, 6, Lavrent'ev Ave., 630090, Novosibirsk, Russia

NUMERICAL SIMULATION OF BEHAVIOR OF FILTERING BED ENTRAPPING SUSPENDED IMPURITIES

The paper presents a mathematical model of suspended filtering material behavior in a clarifying reactor. A new assumption concerning the movement of impurity particles in a filtering bed is discussed in this paper. A strong dependence was established between a statistical model and a choice of the movement trajectory model (free movement and displacement diagram) of particles in a filtering bed for various grain radii of filtering material.

Keywords, numerical results; simulation; filtering; suspended impurities.

Введение

В настоящей работе численно определяются оптимальные параметры математической модели взвешенного фильтрующего слоя контактной массы, а именно характерного размера частиц примеси и поправочного коэффициента вероятности прилипания частицы примеси к зернам фильтрующего слоя для различных размеров зерен загрузки. Таким образом, возможно определение необходимого количества ввода коагулянта и флокулянта для оптимального процесса фильтрования реактора-осветлителя (как по продолжительности производственного цикла, так и по качеству очистки исходной жидкости) для заданных физических параметров фильтрующего слоя (тип загрузки, высота слоя, взвешенность слоя).

Системный подход к исследованию общей постановки исходной проблемы включает в себя сравнение усложняющихся «вложенных» задач по размерности рабочей пространственной области, граничным условиям, рабочим внутренним параметрам фильтра.

Таким образом, в данном случае при рассмотрении модели фильтра взвешенного слоя контактной массы с учетом ограничения его размеров [1] необходимо выполнить численные исследования, аналогичные ситуации без ограничений [3].

На рис. 1 представлены оптимальные результаты моделирования для среднего радиуса зерен загрузки гз = 0,3 мм. При масштабируемом коэффициенте вероятности прилипания, равном 0,5 (квадратики), средний радиус частиц примеси равен гпр = 9,5 • 10-3 мм, коэффициент плотности прилипания составля-

ет 140. При масштабируемом коэффициенте вероятности прилипания, равном 1,0 (треугольники), средний радиус частиц примеси равен гпр = 6,8 • 10-3 мм, коэффициент плотности прилипания также составляет 140.

Результаты моделирования удовлетворительно соответствуют физическому эксперименту. При этом, исходя из показателей работы фильтра на начальном этапе (первые 5 ч работы) и на конечном этапе (последние 6 ч работы), можно говорить, что рассмотренная модель хорошо согласуется с экспериментом. На промежуточном этапе работы наблюдается незначительное расхождение результатов моделирования с экспериментом, при этом наблюдается зависимость изменения численных результатов от выбора значения масштабируемого коэффициента вероятности прилипания.

! н:>-1):1 т кс о:

£ Я

о ■ .'■■ . ■

и

I г>::кт 9 ОХ (Я

в.огЕ-оа

и \ \ _ А ■

\ - 1 Г / ■ /

\ * 1 ■ ' ' /'

\ / \ /

\

и.оос+оо гдосчэо йаав® а.осс^н □ 50:1-51

Время, ч

физический эксперимент * 1 ■ 0,5

Рис. 1. Результаты моделирования при гз = 0,3 мм для разных поправочных коэффициентов вероятности прилипания

На рис. 2 представлен оптимальный результат моделирования для среднего радиуса зерен загрузки гз = 0,4 мм для масштабируемого коэффициента вероятности прилипания, равного 0,5.

1,60Е-03 1,50Е-03 1,40Е-03 Ц 1,30Е-03 1,20Е-03

и

я

1,10Е-03

И

1,00Е-03 9,00Е-04 8,00Е-04

0,00Е+00 5,00Е+00 1,00Е+01 1,50Е+01 2,00Е+01 2,50Е+01

Время, ч

— физ1иеск1ш эксперимент А 0,5

Рис. 2. Результаты моделирования при гз = 0,4 мм для поправочного коэффициента вероятности прилипания 0,5

В данном случае оптимальный размер примеси равен гпр = 1,45 • 10-2 мм, коэффициент плотности прилипания составляет 140.

Наблюдаются схожие результаты, что и при моделировании для радиуса зерен загрузки гз = 0,3 мм, но при этом наблюдается незначительное изменение численных результатов, а именно «прижатие» вычислительной кривой к экспериментальной кривой.

На рис. 3 представлен оптимальный результат моделирования для среднего радиуса зерен загрузки гз = 0,5 мм для масштабируемого коэффициента вероятности прилипания, равного 0,5. В данном случае оптимальный размер примеси равен гпр = 2,05 • 10-2 мм, коэффициент плотности прилипания составляет 140.

Наблюдаются схожие результаты, что и при моделировании для предыдущих радиусов зерен загрузки, но в данном случае на начальном этапе работы фильтра можно увидеть более быстрое отклонение от результатов эксперимента, а на промежуточном этапе численные результаты менее отклонены от результатов физического эксперимента.

Время, ч — физический эксперимент д 0,5

Рис. 3. Результаты моделирования при гз = 0,5 мм для поправочного коэффициента вероятности прилипания 0,5

На рис. 4 представлены оптимальные результаты моделирования для среднего радиуса зерен загрузки гз = 0,6 мм. При масштабируемом коэффициенте вероятности прилипания, равном 0,5 (треугольники), средний радиус частиц примеси равен гпр = 2,7 • 10-2 мм, коэффициент плотности прилипания составляет 140. При масштабируемом коэффициенте вероятности прилипания, равном 0,2 (квадратики), средний радиус частиц примеси равен гпр = 4,1 • 10-2 мм, коэффициент плотности прилипания также составляет 140.

В данном случае наблюдается существенное отличие результатов моделирования в зависимости от выбора масштабируемого коэффициента вероятности прилипания.

Время, ч

— физический эксперимент А 0,5 ■ 0,2

Рис. 4. Результаты моделирования при гз = 0,6 мм для разных поправочных коэффициентов вероятности прилипания

На рис. 5 отображены суммарные оптимальные результаты моделирования для различного радиуса зерен загрузки.

— физический эксперимент Л ■ 4 *

Рис. 5. Результаты моделирования для различных радиусов загрузки с оптимально подобранными параметрами

Как видно из рис. 5, при выборе определенных значений (радиус зерен загрузки, масштабируемый коэффициент вероятности прилипания, радиус

частицы примеси и коэффициент плотности прилипания) можно оптимизировать математическую модель.

Заключение

При анализе результатов численного моделирования установлено, что данная математическая модель [1, 2] сильно зависит от выбора модели (свободное перемещение и с диаграммой перемещения) движения частицы примеси в фильтрующем слое.

Библиографический список

1. Математическая модель фильтра взвешенного слоя контактной массы с учетом ограничения его размеров по горизонтали / Ю.Л. Сколубович, О.А. Бойко, С.М. Зеркаль, С.В. Рогазинский, Н.В. Синеева // Вестник МГСУ. - 2013. - № 10. - С. 28-34.

2. Численное моделирование процесса очистки водных растворов в псевдоожиженном слое контактной массы / Ю.Л. Сколубович, О.А. Бойко, С.М. Зеркаль, С.В. Рогазинский, Е.Л. Войтов, А.Ю. Сколубович // Изв. вузов. Строительство. - 2012. - № 7-8. - С. 38-44.

3. Численное исследование влияния ошибок измерения физических параметров реактора-осветлителя на устойчивость его статистической модели / Ю.Л. Сколубович, О.А. Бойко, С.М. Зеркаль, С.В. Рогазинский, Е.Л. Войтов, А.Ю. Сколубович // Изв. вузов. Строительство. - 2012. - № 9. - С. 60-65.

References

1. Skolubovich, Yu.L., Boiko, O.A., Zerkal', S.M., Rogazinskii, S.V., Sineeva, N.V. Matematich-eskaya model' Ultra vzveshennogo sloya kontaktnoi massy s uchetom ogranicheniya ego razmerov po gorizontali [A mathematical model of filtering contact mass suspended impurities with a horizontal reduction of its sizes]. Scientific and Technical Journal on Construction and Architecture. 2013. No. 10. Pp. 28-34. (rus)

2. Skolubovich, Yu.L., Boiko, O.A., Zerkal', S.M., Rogazinskii, S.V., Voitov, E.L., Skolubovich, A. Yu. Chislennoe modelirovanie protsessa ochistki vodnykh rastvorov v psevdoozhizhennom sloe kontaktnoi massy [Numerical simulation of aqueous solution purification in a fluid bed of contact mass]. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2012. No. 7-8. Pp. 38-44. (rus)

3. Skolubovich, Yu.L., Boiko, O.A., Zerkal', S.M., Rogazinskii, S.V., Voitov, E.L., Skolubovich, A.Yu. Chislennoe issledovanie vliyaniya oshibok izmereniya fizicheskikh parametrov reaktora-osvetlitelya na ustoichivost' ego statisticheskoi modeli [Numerical study of errors in measuring physical parameters of reactor clarifier affected the statistical model stability]. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2012. No. 9. Pp. 60-65. (rus)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.