Разработка новой конструкции тонкослойного модуля в программе конечно-элементного анализа ANSYS CFX

Шаг за шагом человек все глубже входит в эпоху автоматизации, пришло время внедрения современных технологий и в гидротехнические специальности [1-4]. Одним из таких продвижений можно считать разработку новой конструкции тонкослойного модуля в пакете конечно-элементного анализа ANSYS CFX, рассмотренного на основе тонкослойного отстойника модели Argel LS компании Argel [5] для очистки ливневых вод.

Установка Argel LS [5] состоит из приемной камеры, куда поступает сток, проточной зоны, где установлена система тонкослойных элементов и отводной камеры (переливной карман).

Компания Argel заявляет, что при правильном использовании установки по назначению, эффективность удаления взвешенных веществ составляет 96% [5]. Для проверки эффективности тонкослойного модуля была создана ее гидродинамическая модель [6], чтобы выявить какая часть работы установки приходится на систему тонкослойных элементов.

В результате исследования выяснилось, что в упрощенной модели тонкослойного отстойника, созданной для оценки работы системы тонкослойных элементов, эффективность конструкции составляет 70%. Из этого следует, что оставшиеся 26% приходятся на работу приемной и отводной камер установки.

Необходимо учесть, что в представленной модели присутствуют условные конструкции приемной и отводной камер установки, на которые приходится часть полученной эффективности.

Графические результаты расчета приведены на рисунке 1.

Рисунок 1. Векторное поле движения потока в тонкослойном модуле

Повысить эффективность очистки конструкции тонкослойного модуля можно путем изменения формы его пластин, а именно созданием П-образных полок для отвода взвешенных частиц под углом, также дополнением конструкции тонкослойного отстойника является устройство приёмного канала, в который поступает взвесь и отводится в отстойную часть. На рисунке 2 представлена конструкция нового тонкослойного модуля, а на рисунке 3 модифицированное сооружение с модулем.

Рисунок 2. Новая конструкция тонкослойного модуля

Новая конструкция тонкослойных пластин должна увеличить осаждаемость частиц в пространстве яруса модуля и отведения в отстойную часть.

Рисунок 3. Отстойник с модифицированным тонкослойным модулем

Чтобы проверить предлагаемые решения было проведено моделирование [6] модифицированного тонкослойного модуля установки Argel LS, результаты которого представлены на рисунке 4.

Рисунок 4. Структура потока в новом тонкослойном модуле

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что внесенные конструктивные изменения позволили улучшить процесс осаждения в данной конструкции [7].

Благодаря новой конструкции тонкослойного модуля отводится большее количество взвешенных частиц, увеличивается скорость и качество осветления стока. Процент объемной доли взвешенных веществ на выходе из сооружения уменьшился на 10%, то есть эта модификация привела к повышению эффективности очистки, которая составила 80%.

Вывод. Компьютерное моделирование позволяет еще на этапе проектирования создать условия близкие к реальным, как при эксплуатации сооружения, и спрогнозировать эффективность работы конструкции. Разработанная модификация увеличила эффективность модели на 10%, что доказывает актуальность применения программного обеспечения, направленного на проверку показателей конструкций до создания прототипа.