G-Соотношение Агитатор Дизайн: Время на пенсию его?,

Это наиболее часто используемая цифра не правильно адрес влияние вязкости, и не имеет никакого отношения к выполнению таких параметров, как скорость движения жидкости и смешать времени. В этой статье рекомендует фактических мер агитатора производительности, которые следует использовать вместо.

G лагерь в стоимость, или просто "G-значение", используется в качестве стандартного способа для определения агитации систем водоснабжения и обработки сточных вод в течение многих лет. Инженеров в отрасли инстинктивно известно, что концепция является недостаточным или даже неправильно, но не желают бросить вызов его из-за давней традиции использования. Вместо этого, они пытались "сделать его работу", дополняя G-значение такие требования, как минимальный диаметр рабочего колеса, максимальная окружная скорость, и так далее.

Возможно, настало время, чтобы подчеркнуть недостатки концепции GValue. Еще несколько человек пошли на рекорд указывая на проблемы G-значение. Например:

* "Общепризнанно, что градиент скорости или G-значение концепции является грубым, упрощенным и совершенно недостаточно параметр для оформления быстрого смесители" (1).

* "Значение в лагере 'G' не предназначена для проектирования и сравнения различных типов рабочих колес, и не было доказано, точно соотнести смешивания эффективности для различных процессов перемешивания" (2).

В этой статье рассказывается, что G-ценность и почему оно не может правильно решать вопросы агитации дизайна. Затем он приводит примеры дизайна процедур, которые имеют отношение к воде и обработки сточных вод.

Что такое G-значение?

G-значение, как это определено в лагере и Штейн в 1943 году (3), предназначен для представления среднеквадратичное (RMS) градиент скорости в бассейне. Почему это должно быть соответствующим меры смешения эффективности, а не такие вещи, как средняя скорость, сочетание времени и другие, более прямые меры, так и не получили должного освещения. Кроме того, весьма сомнительно, что G-значение, даже меры истинной скорости RMS градиент.

Определяющее уравнение для G-значение;

G = (P / мкВ) ^ ^ SUP 0,5

Ее части, как правило, выбирается так, чтобы G выражается с ^ -1 ^ SUP. Это уравнение означает, что требуемая мощность мешалки прямо пропорциональна вязкости и объема жидкости.

Для того, чтобы понять, почему это неправильно использовать G-значение, чтобы описать волнение, она в первую очередь необходимо кратко остановиться на некоторых общих расчетов производительности агитатора.

Расчет производительности агитатора

Обсуждение методики расчета для широкого круга агитации вопросов выходит за рамки данной статьи. Однако, как первый шаг, большинство водоснабжения и водоотведения приложения могут быть классифицированы как скорости потока контролируемой или смесь-временного управления. Кроме того, практически все они турбулентного потока приложения, из-за низкой вязкости воды. Таким образом, можно описать упрощенной, но точной, процедуры для такого рода ситуаций.

Вязкость влияет на агитацию, но не линейно. Вместо этого, все признаки агитации функций рабочего колеса числа Рейнольдса (4):

N ^ к югу Re = D ^ 2 ^ SUP N

В развитой турбулентности условиях (где число Рейнольдса выше 10 тысяч), все общие меры агитации производительности становятся постоянными в зависимости от числа Рейнольдса. Это означает, что вязкость не действует, если она достаточно мала, чтобы результат в турбулентном потоке, который почти всегда бывает в воде.

Например, рабочее колесо насосного число, N ^ ^ Q к югу, а количество рабочих колес власти, N ^ P ^ к югу, являются постоянными в условиях турбулентного:

N ^ к югу Q = Q / ND ^ SUP 3 ^ (3)

N ^ к югу P ^ = P /

Для жидких движения контроля приложений, например, резервуаров, бассейнов eqitalization, реагент макияж танков и т.д., где время удержания достаточно длинный, что приостановление следов твердых тел и возможность смесь реагентов более высокой или более низкой плотности или вязкостью, чем вода являются предельными, а не смесь время, одним из показателей интенсивности агитации характеристической скорости. V ^ C ^ к югу. Этот параметр рассчитывается на основе цилиндрическом сосуде "квадратного партии" геометрии, когда уровень жидкости так же, как танк диаметра (Z = T), независимо от фактической геометрии. Крыльчатки насосов и энергетические характеристики измеряются на основе этой геометрии, предполагается, тайский данной крыльчатки насоса будет то же самое в другую геометрию, если объем такой же.

Характеристика скорости определяется как (4):

V ^ к югу C ^ = Q / A = 4Q/

Для выражения фактической геометрии бассейна на квадратный основе партии, T в формуле. 5 определяется на основе квадратных партии, имеющие тот же объем, как фактическое бассейна (4):

T = (4V /

Крыльчатки скорость накачки может быть выведена из числа насосных (4):

Q = N ^ югу Q ^ ^ Д. SUP 3 ^ (7)

Таким образом:

VC = 4n ^ югу Q ^ ^ Д. SUP 3 ^ / ^

Обратите внимание, что рабочее колесо насосного число, N ^ ^ Q к югу, есть функция крыльчатки типа и D / T отношение. Многие производители агитатор не хотят раскрывать эти цифры, и когда они это сделают, цифры не всегда может быть надежным. Таблица 1, следовательно, дает некоторые общие рекомендации для общих рабочих колес, а также общие номера власти. Имейте в виду, что Есть много комбинаций крыльчатки типа и размера, которые дадут равные накачки, что власть и вала будет различным для этих различных сочетаниях.

Мощность рассчитывается из определения мощности число (4):

P = N ^ югу P ^ ^

Расчеты просты раз желаемого характерная скорость не известно. Таблица 2 сравниваются типичные значения для различных приложений, общие для воды и очистки сточных вод.

Заявления, содержащие краткое время удерживания или очень быстро критической реакции могут также должны быть проверены на смесь времени. Нормальное определение наложения времени, Это иногда называют 99% смеси времени. Для большинства непрерывного потока заявок, сочетание времени устанавливается на время удержания или меньше. Однако, для быстрого смешивания, время удержания настолько низок, что вполне приемлемо для смеси лишь около ± 20% затухания; это известно как 80% смеси времени. Только 34% тех пор, пока 99% смеси время - из-за значительного смешивание происходит в трубе на выходе из камеры смешения, не нужно смешать с 99% уровня в быстром камере смеси.

В турбулентном потоке, сочетание времени соотносится к (4):

В таблице 3 приведены значения K и B для некоторых общих общего колес. Эти значения основаны на цилиндрический сосуд с квадратного партии configuralion и одного колеса. В цилиндрическом сосуде, для которых Z / T Для других геометрий, такие программы, как тот, который предоставляется Рейно, Inc (<a target="_blank" href="http://www.ReynoInc.com" <rel="nofollow"> www.ReynoInc.com /> ) рекомендуется.

Твердые подвески приложения смолы слишком сложны, чтобы обсуждать здесь, так как они включают в себя многие эффекты геометрии, а также скорость оседания и других факторов. Они также не могут быть связаны как функция G-значение. То же самое можно сказать и о дисперсии газов в жидкостях.

Что случилось с G-значение?

Анализируя определяющего уравнения, то можно увидеть, что Есть несколько вещей неправильно с G-значение:

* Требует агитатора мощность пропорциональна вязкости

* Подразумеваемых масштабов на мощность / объем основе

* Без учета размера крыльчатки

* Без учета рабочего колеса типа.

Все эти серьезные недостатки в концепции, и будут рассмотрены в последующих разделах данной статьи.

Агитатор сила пропорциональна вязкости

Это требование грубо преувеличивает значение вязкости в агитатора дизайна. Мощность, достаточную для перекачки жидкостей в трубе не пропорциональна вязкости. В самом деле, вязкость не влияет на потребляемую мощность накачки тех пор, пока трубе полностью турбулентным. То же самое верно для агитаторов.

Турбулентность измеряется числом Рейнольдса (как определено формулой. 2), которая концептуально отношение инерционных сил к вязким. Вязкость практически не влияет на энергопотребление, рабочее колесо насосного смешения или производительности, если число Рейнольдса хвосты ниже 10000, который почти никогда не происходит в воде или сточных вод приложений.

Дизайнеры в этой отрасли пытались исправить эту oversensitivity вязкости, требуя от G-значение рассчитывается на определенную ссылку температуры, которая будет фиксировать вязкости. Но на практике это означает, что фактическое значение G-варьируется в зависимости от температуры, что означает смешение различных результатов. Кто ищет в бассейне не вижу никакой разницы между перемешивания в бак с 5 ° C температура воды, и что в бак 50 ° C, но G-значение будет 66% выше, на более высокой температуре, поскольку вязкость 2,78 раза выше, на 5 ° С, при температуре 50 ° C.

Таблица 4 показывает, отсутствие чувствительности к вязкости на 10-м средах. цилиндрический бассейн с 10-м уровня жидкости, где рабочее колесо размер, тип и вала, являются фиксированными и вязкости допускается в пределах от 0,1 до 300 сП сП. Относительно высокая максимальная вязкость не выбрали для ее применимости к воде, где вязкости никогда не получают высокие, а чтобы подчеркнуть, что результаты не чувствительны к вязкости, пока не получит до 300 сП. Число Рейнольдса, энергопотребление, крыльчатки откачки. G-значение и сочетание времени приведены в зависимости от вязкости.

За этот диапазон вязкости, число Рейнольдса изменяется от 30 млн до 10 тысяч. Мощности, скорости прокачки и смешать все время остаются неизменными, что указывает на отсутствие изменений в реальном исполнении агитации. Тем не менее, G-значение колеблется от 396 до 7,2, соотношение 55 к 1. Ясно, что G-значение не может должным образом учитывать влияние вязкости на агитацию. Если бы вязкость продолжает расти, число Рейнольдса бы упал ниже 10000, который начнет влиять реальные результаты агитации.

Правильный путь для учета вязкости сопоставить мощность, перекачивания, смесь извести или других соответствующих параметров в зависимости от числа Рейнольдса.

Подразумеваемая мощность / объем масштабов

Хотя подробные процедуры масштабирования выходят за рамки данной статьи, было бы полезно, чтобы понять, что расширение масштабов использования равных G-значение мощность / объем масштабов деятельности.

Иные результаты процесса расширения по-разному. При равной средней скорости и геометрического подобия, то он может показать, что в необходимых масштабах деятельности правило, соответствует равное крутящий момент на единицу объема, а не равной мощности на единицу объема. Это правило также результаты в равной отзыв крыльчатки скорость. Равную мощность / объем масштабов приведет негабаритного оборудования и отходов энергии по сравнению с правильной масштабов для скорости контролируемых процессов, таких, как проведение бассейнов, флоккуляторы и аналогичные движения контролируемых приложений.

С другой стороны, процессы, которые требуют такого же абсолютное сочетание времени потребуется гораздо больше агитатор от масштабов, чем мощность / объем основе будет означать. В самом деле, они требуют, чтобы власти / объему возрастают пропорционально объему поднят на 5 / 9 власти. В таком случае, масштабирование на основе равного G-значение приведет к низкорослых оборудования.

Только ситуации, когда власть / объем обычно используется для расширения масштабов массовые передачи контролируемых приложений, таких как газ-жидкость контакты. Даже там, G-значение слабой, поскольку она преувеличивает эффект вязкости.

Таким образом, G-значение не является полезным расширение масштабов инструмент, и, по сути, приводит к ошибочным результатам для наиболее распространенных приложений.

Нет учетом размера крыльчатки

Единственный параметр, агитация в уравнении G-значение мощности вничью. Можно было бы удовлетворить указанное G-значение с помощью 50-мм диаметром. крыльчатки поворот на очень высокой скорости вала на миллион кубических метров бассейна. Тем не менее, интуитивно, мы знаем, что это не будет работать.

Таблица 5 иллюстрирует это на том же 10-м средах. цистерне, используемой в таблице 4. Рабочее колесо диаметром от 2,5 м до 5 м, а вала выбирается так, чтобы сохранить равные G-значение 100 с ^ -1 ^ SUP. Уравнений 3 и 4 переставить вот рассчитать силу и скорость накачки от власти числе и насосных номер. Хотя больших колес свою очередь, более медленно, они нагнетают больше и быстрее, чем смесь мелких. 5-м средах. крыльчатки насосов 74% больше, чем 2,5 м крыльчатки, а также смеси 45% быстрее, но они имеют те же G-значение. Так, не сумев для учета различных размеров рабочего колеса, G-значение не может относиться к реальной производительности процесса.

Уже давно известно, что большие колеса может, по сути, за исключением энергии по сравнению с меньшим колес. Большое рабочее колесо может качать то же количество жидкости меньше крыльчатки на более низком вала и нижнего среднего давления нагнетания, что привлекло меньше энергии.

Таблица 6 показывает, необходимых вала и мощности для того же колеса и бак как видно из таблицы 5, при постоянной скорости разряда рабочего колеса 7 м ^ ^ SUP 3 / с Мощность варьируется от более чем 17 кВт для малых рабочих колес до 3,5 кВт Tor крупнейших 1. G-стоимость колеблется от 150 до 67. Для скорости потока контролируемой приложений, 5-м крыльчатки рисунок 3,5 кВт будет выполнять, а также 2,5-т крыльчатки рисунок 17,6 кВт, с экономии электроэнергии составит 80%. Таким образом, G-значение не учитывает рабочее колесо размерных эффектов для скорости потока контролируемой приложений.

Обратите внимание, что в таблице 6, сочетание времени не является постоянной, хотя крыльчатки скорость накачки. Это потому, что смешение это не просто поток управлением, но включает и поток и турбулентность. Большие колеса производить меньше турбулентности в данный расход, поэтому их сочетание время несколько больше времени.

В большинстве случаев, смесь время не является ограничивающим фактором, а для полноты картины. Таблица 7 показывает эффекты различной диаметром крыльчатки смесь при постоянном времени. На основании 5-мин смесь времени, мощность колеблется от 16,4 кВт до 5,4 кВт, а G-стоимость колеблется от 144 до 83. Таким образом, G-значение не учитывает рабочее колесо диаметром воздействия на смесь времени либо.

Нет учетом рабочим колесом типа

Есть много типов рабочих колес на современном рынке. Некоторые из них собственных, некоторые из них общие. Некоторые из них осевой картины разряда, некоторые радиальные модели, некоторые из них смешанных потоков. Они имеют широкий спектр характеристик, таких как энергоснабжение номера колеблются от менее 0,2 до более чем 5, насосные номера колеблются от менее 0,1 до примерно 1,0. и различные смеси временных характеристик. Тем не менее, G-стоимость составляет ни один из этих вариантов.

Таблица 8 показывает, как выбор рабочего колеса влияет на производительность при постоянной G-значения, используя три различных типа рабочего колеса и два разных диаметров крыльчатки. 4-м средах. СПК поворота примерно с той же скоростью, как 2,5 м радиальной турбины обращает той же мощности и имеет тот же G-значение, но насосы более чем в три раза больше и смеси 75% быстрее. Это сравнение было выбрано потому, что эти неравные типов и размеров имеют схожие моменты, и поэтому требует такого же размера привод и аналогичных расходов.

При равном диаметре, суда на подводных крыльях в свою очередь, скорость и требуют меньше крутящего момента, чем стану или радиальной турбины, и так обойдется дешевле. Тем не менее, они все больше и насос смесь быстрее постоянной G-значение. Таким образом, G-значение бесполезным в качестве средства учета изменений в рабочее колесо типа.

Что такое G-значение полезно?

Это мнение автора о том, что G-значения не имеет законного использования в разработке, либо задать агитаторов. Итак, что такое правильный способ определить агитации производительности?

Лучше всего быть очень конкретным о задаче агитатор должен выполнять. Это должно быть указано в чисто физическом смысле. Например, агитаторы не вызывают химические реакции; реакции определяются состав и только температуры, которые не являются прямым контролем агитатора. Вместо этого, определить объемы, свойства каждой из жидкостей быть взволнованным, Расходы, приведенные, время удерживания, описания любых твердых настоящее и четкое заявление о желаемых результатов физического процесса.

Пример

Мы будем рассчитывать конструкции на тот же бак для таблиц (T = 10 м, Z = 10 м), основанный на 4-м средах. СПК крыльчатки используется для производства характерная скорость 0,06 м / с Это предполагает расчет вала и власти необходимо.

В D / T 0.4, Таблица 1 дает нам насосные числа 0,53 и власть число 0,29. Реорганизация уравнения. 8 решить Tor вала дает: N = V ^ югу C ^ ^ ] / [(4) (0,53) (4 м) ^ ^ SUP 3] = 0,139 S ^ SUP -1 = 8,34 / мин.

Питание рассчитывается по формуле. 9: P = N ^ югу P ^ ^ = 798 кг-м ^ ^ SUP 2 / с ^ SUP 3 = 798 W = 0,798 кВт.

Мощность двигателя должна быть не менее 10% больше, чтобы за ошибки и механических потерь в сетях. Потому что моторы в стандартных размерах и редукторов обычно частотой вращения в соответствии с Американской ассоциацией Gear производителя (AGMA) стандарты, фактическая конструкция будет иметь стандартный размер двигатель 1,5 л.с. (1,1 кВт) и номинальной скорости вала 9 об / мин. Размер крыльчатки должна он поправил Tor этих условиях.

Blend времени рассчитывается по формуле перестановки. 10:

Рекомендации

Настало время положить конец практике использования G-значение в агитатора характеристики в области водоснабжения и очистки сточных вод приложений. Вместо этого, укажите в натуральном выражении, что агитатор должен делать в вашем процессе. Типичными примерами являются характерной скорости и смесь времени. Разрешить поставщиками оборудования, чтобы сэкономить деньги, глядя на эквивалентные альтернативы, которые до сих пор добиться требуемых результатов физического процесса.

ЛИТЕРАТУРА

Amirltharajah, A., "Дизайн подразделений быстрого Mix", в "Водоподготовка для практикующих Engineer". Санкс, RL, под ред. Наука Анн-Арбор, Ann Arbor, MI (1978).

2. "GT Значения лагере и в линию полимерных Смешивание / Активировать". Гидродинамике., Inc ww.dynablend.com / fdtech.html (просмотрено марта 2006).

3. Лагерь, TR, и PC Штайн ", градиентов скорости и внутренних работ при трении жидкостей", J. Бостон Soc. Civ. Eng., 30 (4), с. 219-237 (1943).

Дики, Д. С., и, J. Г. Fenic, "Размерная Анализ Fluid Systems агитации", "Хим. Eng., С. 139-145 (5 января 1976).

Григорий Т. BENZ, возможная ошибка

BENZ TECHNOLOGY INTERNATIONAL, INC

Григорий Т. BENZ, PE, президент Benz Technology International, Inc (2305 Кларксвилл Rd., Кларксвилл, OH 45113, телефон: (937) 289-4504, факс: (937) 289-3914, E-Mail < HREF = "mailto: benztech@mindspring.com"> <benztech@mindspring.com />; Webstte: <a target="_blank" href="http://home.mindspring.com" rel="nofollow"> http://home.mindspring.com </> / ~ benztech /). Он имеет более чем 30 летний опыт работы в ЛВЭ дизайн агитации систем. В настоящее время его компания предлагает общего машиностроения и смешивания консультации, в том числе спецификации оборудования и оценки конкурсных предложений, а также курсы по агитации CEU / кредиты PDH. Benz также курс директор Центра профессионального образования и инноваций (CfPIE; <a target="_blank" href="http://www.CfPIE.com" <rel="nofollow"> www.CfPIE.com / >), и является зарегистрированным экспертного консультирования с lntota (<a target="_blank" href="http://www.intota.com" rel="nofollow"> www.intota.com </ A>). Он получил BSChE из Univ. Цинциннати в 1976 году и взял курс на брожение биотехнологии из Центра для профессионального роста.

БЛАГОПРИЯТНЫХ ABSOLUTE Измерение частиц

Поверхности инженерно Сотовый

СЛИЯНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ

Разрешение Изменение разъясняет Право против подотчетности

Программное обеспечение

Термальный безопасности

Выбор Испарители для рассмотрения ходатайств

Рассмотреть вопрос об использовании Фторполимеры В биологических приложениях

Ace этих трудных вопросов для интервью

Управление обслуживания Останов и отключении электроэнергии

Технические данные

Высокая скорость побед Свойства жидкостей Моделирование Challenge