Hidrológiai Közlöny 2010 (90. évfolyam)

1. szám - Patziger Miklós–Józsa János: Radiális átáramlású utóülepítő medencék áramlási viszonyainak többdimenziós numerikus modellezése

10 Radiális átáramlású utóülepítő medencék áramlási viszonyainak többdimenziós numerikus modellezése Patziger Miklós*, Józsa János** *Szent István Egyetem Ybl Miklós Építéstudományi Kar, Közmű-és Mélyépítési Tanszék **Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék Kivonat: E tanulmány a kapcsolódó előző cikkkben (Patziger et al., 2008) már bemutatott radiális átáramlású utóülepítő medence numerikus áramlás-modellezését tárgyalja. A hengerszimmetriát kihasználó kétdimenziós áramlási és transzport-modellel kellő pontossággal számíthatók az utóülepítőben lejátszódó áramlási, ülepedési és besürűsödési folyamatok. A modell kalibrálása és igazolása nagy részletességű helyszíni mérésekkel történt. A mérések módszertanáról és főbb eredményeiről előző cikkünkben már beszámoltunk. A mérési eredményekkel összevetett, igazolt modell segítségével bemutatjuk, miként tanulmányozható részletesen a kiválasztott utóülepítő medence működése és szűrhetők ki azok a főbb geometriai valamint üzemviteli hibái, amelyek az utóülepítő hatásfokát csökkentik. A numerikus utóülepítő modell segítségével a medence javított változatai költséges laborkísérletek végzése helyett költség-hatékonyan, viszonylag rövid időn belül tanulmányozhatóak. E módszerrel megmutatható továbbá, hogy az utóülepítők geometriájának az üzemeltető számára akár csekély ráfordítást jelentő módosításával milyen nagymértékű javulást érhetünk el a vizsgált utóülepítő működésében, szennyvíztisztító telep, utóülepítő medence, turbulencia, CFD modellezés. célszerű végrehajtani (Krebs 1991, Hunze 2005, Patziger et al. 2005). A következőkben a vizsgált radiális átáramlású utóülepítő kétdimenziós hengerszimmetrikus közelítésben való modellezését tekintjük át. Kulcsszavak: Bevezetés Jelen tanulmányunkban bemutatjuk a kapcsolódó előző cikkünkben (Patziger et al. 2008) már taglalt radiális átáramlású utóülepítő numerikus áramlás- és transzportmodelljét, és a modell felhasználását az utóülepítő medence működése javítási lehetőségeinek vizsgálatára. Egy utóülepítő modelljének minden olyan folyamatot le kell képeznie, amely az utóülepítőt működésében és funkciójának ellátásában befolyásolja. Az utóülepítő medence numerikus modelljének így tartalmaznia kell: - a medencében kialakuló áramlási folyamatokat, beleértve a sűrűségi áramlásokat és turbulencia inhomogén eloszlását, - az iszappelyhek transzportját turbulens áramlás hatására, - az iszappelyhek ülepedésének és besűrűsödésének folyamatát, - az iszapkotró hatását, - valamint a medencében lévő közeg iszap-koncentráció függvényében változó reológiai tulajdonságait és sűrűségét. A legegyszerűbb felépítésűek az egydimenziós utóülepítő modellek, amelyek az utóülepítő medencét csupán függőleges irányban átáramlottnak feltételezik. Ezek tulajdonképpen rétegmodellek, amelyek az utóülepítőt függőlegesen egymással párhuzamos rétegre osztják, és az egyes rétegek közötti tömegáramokat számítják (Takács et al. 1991, Bertrand-Krajewski et al. 1996). Az utóülepítő medencét ily módon „fekete dobozként" kezelő egydimenziós utóülepítő modellek nem teszik lehetővé az utóülepítő medencék működésének részletes tanulmányozását, ugyanis nem képezik le az utóülepítő medencék tényleges geometriai kialakítását és áramlási sajátosságait, ezáltal az utóülepítő medencében kialakuló tényleges áramlási, ülepedési és besürűsödési folyamatokat sem. Az utóülepítők áramlási és koncentrációviszonyainak tanulmányozását és optimálását csakis a medencék többdimenziós modellezése teszi lehetővé. Háromdimenziós utóülepítő modelleket nagy számítási időigényük eddig csak különleges kérdésfeltevések vizsgálatára készítettek. Az utóülepítők többdimenziós modellezése hosszanti átfolyású, ill. függőleges átáramlású négyszög alaprajzú medencék esetében kétdimenziós, radiális átáramlású, valamint függőleges átáramlású kör alaprajzú medencék esetében kétdimenziós hengerszimmetrikus közelítésben 1. ábra: A gráci szennyvíztisztító telep és utóülepítő medence légi felvétele (forrás: Gráci Csatornázási Művek) A numerikus modell Az utóülepítő medence modelljét a „Fluent 6" CFD (Computational Fluid Dynamics), kereskedelmi forgalomban elérhető, véges térfogat-alapú szoftverben állítottuk elő, amely az iszap-víz keverék sajátosságai miatt (változó sűrűség, változó reológiai tulajdonságok, iszap ülepedése) önmagában nem, csak egyéni továbbfejlesztéssel alkalmas utóülepítők modellezésére. A vizsgált utóülepítő meridián-metszetének egy részletét, a számításhoz alkalmazott véges térfogat rácshálóval a Error! Reference source not found, ábra mutatja. Az alkalmazott négyszög cellák átlag 5 cm oldalhosszúságúak, ami lehetővé teszi a fent említett folyamatok kellően részletes modellezését. Utóülepítők (D = 50 m; h = 3,30) zsgált utóü medencí A vizsgálatoknak az ausztriai gráci városi szennyvíztisztító telep egyik radiális átáramlású utóülepítő medencéjét vetettük alá, amelyet kapcsolódó előző cikkünkben már bemutattunk (Patziger et al. 2008). A szennyvíztisztító telepet a vizsgált utóülepítővel az 1. ábra mutatja. Az utóülepítő átmérője 50 m, mélysége a medence külső pereménél 2,0 m, az elosztóhengernél 3,3 m. I " Eleveniszapos medgnce (V * 29400 m

?) A vizsgált utóülepítő medence