CFD-Simulation der Strömungsbildung in anaeroben und anoxischen Becken

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1 1 CFD-Simulation der Strömungsbildung in anaeroben und anoxischen Becken

2 Hintergrund Der Zweck der CFD-Simulation besteht darin, die Strömungsbildung in anaeroben und anoxischen Becken zu untersuchen, in denen Flygt Rührwerke installiert werden. Im anaeroben Becken werden drei Banana-Rührwerke SR und im anoxischen Becken zwei Banana-Rührwerke vom gleichen Typ installiert. Eine erste Studie wurde mit einer anderen Positionierung der Rührwerke durchgeführt. Die Anpassung der Rührwerkpositionierung für die aktuelle Untersuchung soll die Strömung in den Becken verbessern. Hauptziel der Simulation ist, sicherzustellen, dass kein Teil des Beckeninhalts undurchströmt bleibt. Deshalb wird die Strömungsgeschwindigkeit im Becken beurteilt. 2

3 Geometrie Rührwerk ( ) Die Beckengeometrie wurde nach Zeichnungen des Kunden erstellt. Die Position der Rührwerke definierte die CARL HEUSSER AG. Das anaerobe Becken hat drei Rührwerke und das anoxische Becken zwei. anaerob = 3 x SR (36 Hz) anoxisch = 2 x SR (34 Hz) Rührwerk ( ) Im anaeroben Becken beträgt der Wasserspiegel 3,7 m und im anoxischen Becken 3,8 m. Axialdruck- und Drehmomentwerte für die Rührwerke im anaeroben Becken sind: Axialdruck: 980 N Drehmoment: 260 Nm Axialdruck- und Drehmomentwerte für die Rührwerke im anoxischen Becken sind: Axialdruck: 890 N Drehmoment: 253 Nm 3

4 Änderungen an der Geometrie Rührwerke auf die gegen-über-lie gende Seite verlegt. Abstand zur 4 Wand beträgt 2,2 m für alle Rührwerke ausser Rührwerk 4, das 2,3 m von der Wand Der Auslass der Rezirkulationsleitung wurde zum Ende des anoxischen Beckens versetzt. steht. An den Abwassereinlässen wurden Ablenkbleche hinzugefügt, um das Wasser zu den Rührwerken zu lenken. Alle vier Ecken der beiden Becken wurden auch mit einer Abschrägung über 50 cm und mit einem Winkel von 45 versehen. 4

5 Simulationsaufbau Randbedingungen Die Simulation wird mit dem CFD-Analyse-Programm durchgeführt. Eine Gesamtzeit von 593 s mit Zeitschritten von 0,1 s wird simuliert. Alle drei Einlässe haben die gleichen Flüssigkeitsbedingungen: Dichte: 1000 kg/m 3 Viskosität: 5 mpa s Die Rührwerke werden als Momentenquelle simuliert. Die verwendeten Volumenströme sind: Q 1 = 168 l/s Abwasser Q 2 = 75 l/s Rücklaufbelebtschlamm Q 3 = 68 l/s Rücklaufschlamm (nur in anoxisches Becken) 5

6 Zeitlich gemittelte Strömungsgeschwindigkeit y = 0,5 m y = 1,5 m y = 2,5 m y = 3,2 m Die Abbildungen zeigen die zeitlich gemittelte Strömungsgeschwindigkeit bei vier verschiedenen Höhen vom Boden. Eine Gesamtzeit von 593 s wurde simuliert. Die volumengemittelte Strömungsgeschwindigkeit in den zwei Behältern ist 0,14 m/s und die maximale Geschwindigkeit beträgt 0,76 m/s. 6

7 Geschwindigkeitsvektoren Farbverlauf der zeitlich gemittelten x-geschwindigkeit anaerobes Becken y = 0,5 m y = 1,5 m x-geschwindigkeit Die Abbildungen zeigen die Geschwindigkeitsvektoren in zwei Ebenen, mit Farbverlauf der x-richtung. Die Skalierung ist soweit verschoben, dass die blauen Bereiche eine Geschwindigkeit zeigen, die entgegengesetzt zur Hauptgeschwindigkeitsrichtung ist. 7

8 Geschwindigkeitsvektoren Farbverlauf der zeitlich gemittelten x- Geschwindigkeit anoxisches Becken y = 0,5 m y = 1,5 m Wie in der vorherigen Abbildung sind die Geschwindigkeitsvektoren farblich angelegt, um die Strömungsrichtung anzuzeigen. 8

9 Iso-Oberflächen der zeitlich gemittelten Strömungsgeschwindigkeit 0,01 m/s 0,1 m/s 0,3 m/s Die Iso-Oberflächen stellen verschiedene Geschwindigkeitsbereiche dar. Die roten Bereiche entsprechen 0,3 m/s, die grünen 0,1 m/s und die blauen 0,01 m/s. Der blaue Hauptbereich ist am Ende des anoxischen Beckens unter dem Auslasskanal. 9

10 Iso-Oberflächen von 0,01 Geometrie 1 Geometrie 2 In beiden Geometrien stellen die Bereiche mit dem Strömungsgeschwindigkeiten unter 0,01 m/s weniger als 1 % des Volumens dar. 10

11 Zeitlich gemittelte Strömungsgeschwindigkeiten Geschwindigkeit in Abwassereinlässen Das Ablenkblech an den Abwassereinlässen leitet das Wasser wie beabsichtigt zu den Rührwerken. 11

12 Strömungslinien farblich angelegt nach Strömungsgeschwindigkeit Geometrie 2 t = 400 s t = 500 s t = 600 s Das instationäre Verhalten der Strömung hat eine sehr positive Auswirkung auf die Vermischung in den Becken. 12

13 Strömungslinien farblich angelegt nach Geschwindigkeitsbetrag Geometrie 1 Geometrie 2 Geometrie 1 Geometrie 2 t = 400 s t = 500 s 13

14 Animation des Geschwindigkeitsbetrags y = 0,5 m y = 1,5 m y = 2,5 m Die Animation zeigt zwei Ebenen mit unterschiedlichen Abständen vom Boden. Die Ansicht ist von unten. 14

15 Schlussfolgerung Die Umplatzierung der Rührwerke hat zu einer Erhöhung der volumengemittelten Strömungsgeschwindigkeit von 14 % geführt, von 0,12 m/s auf 0,14 m/s. Das neue Ablenkblech leitet das eintretende Abwasser wie beabsichtigt zum nächstgelegenen Rührwerk. In beiden Geometrien stellen die Regionen mit dem Geschwindigkeitsbetrag unter 0,01 m/s weniger als 1 % des Volumens dar. 15

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