شبیه سازی عددی جریان سیال غیرنیوتنی وابسته به زمان در حوضچه‎های رسوب گذار حاوی لجن فعال

در این پژوهش جریان لجن فعال در حوضچه های ثانویه ی تصفیه فاضلاب با تهیه یک کد عددی خانگی دینامیک سیالات محاسباتی، شبیه‎سازی می‎گردد. جهت شبیه سازی جریان لجن فعال، معادله غلظت به همراه معادلات پیوستگی و اندازه حرکت، حل می شود. سرعت جریان در حوضچه های ثانویه پائین است لذا می‎توان تراز سطح آزاد را ثابت فرض نمود. جریان درون حوضچه های ثانویه حتی با داشتن سرعت پائین، آشفته است لذا مدل آشفتگی مرسوم k-? جهت حل عددی مورد استفاده قرار می‎گیرد. در فصل 4 نتایج حاصل از شبیه سازی دوبعدی سیال نیوتنی به همراه گرادیان غلظت در سیستم مختصات کارتزین مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج حاصله نشان می دهند که حل عددی توافق خوبی با داده های تجربی و نتایج عددی دیگران دارد. در فصل 5، شبیه‎سازی عددی در یک حوضچه دایروی با شیب تند بستر انجام می‎گیرد. شبیه سازی بصورت دوبعدی تقارن محوری و در صفحه قائم و شعاعی صورت می پذیرد. نتایج در حالت استفاده از سیال نیوتنی با استفاده از نتایج عددی لاکهال و همکاران مورد ارزیابی قرار می‎گیرند. مقایسه نتایج نشان می دهد که توافق حل عددی با نتایج عددی لاکهال و همکاران مطلوب است. جهت بررسی اهمیت تابع سرعت سقوط ذرات و مدل سیال غیرنیوتنی، پنج تابع سرعت سقوط مختلف به همراه مدل‎های سیال غیرنیوتنی بینگهام، کیسون، هرشل بالکلی و هرشل بالکلی اصلاح شده مورد استفاده قرار می‎گیرند. مقایسه نتایج نشان می دهد که حل عددی به شدت به تابع سرعت سقوط ذرات و مدل سیال غیرنیوتنی وابسته است و لذا مدل های سرعت سقوط ذرات و سیال غیرنیوتنی باید بر اساس آزمایش های تجربی بر روی یک لجن خاص، مورد استفاده قرار گیرند. در فصل 6، شبیه سازی عددی درون یک حوضچه دایروی دارای شش لوله مکش لجن، صورت می گیرد. لوله ها با سرعت دورانی ثابت در حال چرخش حول محور حوضچه می‎باشند. مدل‎های سیال غیرنیوتنی کیسون اصلاح شده و بینگهام اصلاح شده که توافق خوبی با داده های تجربی ویز و همکاران دارند، تعریف شده و مورد استفاده قرار می گیرند. حل عددی در حالت دوبعدی در صفحه قائم و شعاعی و همچنین در حالت سه بعدی ارائه می گردد. پروفیل های غلظت بدست آمده در فواصل شعاعی مختلف با استفاده از داده های تجربی ویز و همکاران مورد مقایسه قرار می گیرند. جهت حل عددی دوبعدی سه مدل متفاوت خروج لجن مورد بررسی قرار می‎گیرند: 1- خروج لجن بصورت یکنواخت از کف حوضچه، 2- خروج لجن از کف حوضچه از محل لوله ها و 3- خروج لجن با اضافه نمودن عبارت چاه در معادلات حاکم. حساسیت حل عددی نسبت به مدل خروج لجن بررسی می‎شود. نتایج حاصله نشان می دهند که فرض مکش لجن بصورت یکنواخت از کف حوضچه کمترین خطا را در مقایسه با داده های تجربی ارائه می دهد. جهت شبیه‎سازی سه‎بعدی فرض می‎شود که حوضچه دایروی در حال چرخش است و لوله‎های مکنده لجن ثابت می‎باشند. پروفیل های غلظت بدست آمده با داده های تجربی ویز و همکاران مقایسه می شوند و مقایسه نتایج نشان می‎دهد که دقت حل عددی سه بعدی بیشتر از شبیه سازی دوبعدی است. در فصل 7، شبیه سازی عددی سیال لجن فعال تیکسوتروپیک ارائه می‎گردد. در این حالت نمودار تنش برشی برحسب نرخ برشی دارای یک محدوده پسماند است لذا مدل خاصی به منظور اعمال تغییرات نرخ برشی بر روی منحنی های رفت و برگشت نمودار تنش برشی- نرخ برشی معرفی می شود. نتایج حاصله نشان می دهند که هرچند که تفاوت بین پروفیل های غلظت و سرعت مدل های سیال تیکسوتروپیک با سیال غیرتیکسوتروپیک زیاد است، الزامی به لحاظ نمودن منحنی برگشت جهت مدل سازی لجن فعال تیکسوتروپیک نمی باشد.