Badania modelowe nad określeniem sprawności hydraulicznej klarowników

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

S e r i a : INŻYNIERIA SANITARNA Z . 21 Nr k o l . 575

_________ 1 9 7 9

K a r o l KUŚ

BADANIA MODELOWE NAD OKREŚLENIEM SPRAWNOŚCI HYDRAULICZNE3 KLAROWNIKÓW

S t r e s z c z e n i e . W a r t y k u le omówiono metodykę prow adzenia hydrau­

l i c z n y c h badań modelowych k iarów ników . Podano p r z y k ła d tego ro d z a ju badań z uw zględnieniem zasad f iz y k a ln e g o m odelow ania,w yboru w sk a źn i­

ka i metody Jego dawkowania w pom iarach sp ra w n o ści h y d r a u lic z n e j .

Nowoczesna t e c h n o lo g ia chem icznego o c z y s z c z a n ia wód pow ierzchniow ych o- p le r a s i ę w w ię k s z o ś c i na w y k o rz y s ta n iu s o rp c y jn y c h w ła ś c iw o ś c i z ło ż a z a ­ w ieszonego osad u . P r z e b ie g p ro ce su o c z y s z c z a n ia n a s tę p u je w sze re g u kon­

s t r u k c j a c h u rzędzeń zwanych o g ó ln ie k ie ro w n ik a m i. Ogromna mnogość r o z w ię - zań k o n s tru k c y jn y c h ty ch urzędzeń u n ie m o ż liw ia ic h sto so w a n ie t y lk o na pod­

s ta w ie danych z p iś m ie n n ic tw a bez p rzep ro w ad zen ia d o św ia d cza ln ych badań modelowych zarówno h y d r a u lic z n y c h ja k i te c h n o lo g ic z n y c h . Ponadto r o z w ię - z a n ia z a g r a n ic z n e c z ę s t o tru d n o dostosow ać do krajow ych warunków oczyszcza n la wody. S tę d k o n ie cz n e sę zarówno poprzedzajęce-, ja k i e k s p lo a t a c y jn e ba­

d a n ia modelowe.

U trzym an ie w y s o k ie j s p raw n o ści h y d r a u lic z n e j i t e c h n o lo g ic z n e j k ierow ­ ników r z u t u j e na Ja k o ść o c z y s z c z a n e j wody i i l o ś ć z u ż y ty c h re a g e n tó w .■

A k tu a ln e k ie r u n k i i n t e n s y f i k a c j i p ra c y urzędzeń z zawieszonym osadem o p ie r a j ę s i ę na nowych ro zw ię z a n ia c h k o n s tr u k c y jn y c h , u s p ra w n ie n ia ch kon­

s t r u k c j i is t n l e j ę c y c h i umiejętnym sto so w a n iu chem icznych środków wepoma- g a ję c y c h . Z s z e re g u czynników d e cyd u ję cy ch o J a k o ś c i o c z y s z c z a n e j wody w k ie r o w n ik a c h , podstawowe z n a c z e n ie ma optym alny k s z t a ł t k o n s t r u k c j i u rz ę - d z e n ia o ra z u m ie ję tn y dobór t e c h n o lo g i i J e j o c z y s z c z a n ia . K s z t a ł t 1 warun­

k i hydrodynam iczne przepływ u wody w k ie ro w n ik u d e te rm in u ję p r z e b ie g r e a l i ­ zowanego w nim p ro c e s u . W b a d an iach k s z t a ł t u u rz ę d z e n ia 1 warunków hydro­

dynam icznych przepływ u wody p o trz e b n y J e s t m odel, zbudowany według zasad fiz y k a ln e g o m odelow ania. M odelow anie f iz y k a ln e z a s t ę p u je z powodzeniem kosztowne i c z a s o c h ło n n e b a d an ia ruchowe, d o s t a r c z a ję c c z ę s to in f o r m a c j i trud n ych do u z y s k a n ia drogę badań na i s t n l e j ę c y c h o b ie k t a c h .-

Podejm ujęc h y d r a u lic z n e badan ia modelowe k ie ro w n ik a n a le ż y ś c i ś l e o k re ­ ś l i ć w arun ki k o n ie c z n e i w y e t a r c z a ję c e d la modelowania f iz y k a ln e g o . N a le ­ ż y zatem zapew nić w arunki je d n o z n a c z n o ś c i d la modelu i Jego n a tu ra ln e g o w zorca, na k t ó r e s k ła d a ję s i ę :

86

- podobieństw o geom etryczne modelu i o b ie k t u , w którym p rz e b ie g a p ro c e s , - równość licz b o w a o k r e ś la ją c y c h k r y te r ió w p o dobień stw a, p rz y czym n a le ż y

uzyskać równość l i c z b k r y t e r ia ln y c h w dow olnej p a rze odpow iadających so ­ b ie p rze k ro jó w modelu i o b ie k tu n a tu ra ln e g o ,

- podobieństw o f iz y c z n y c h parametrów c i a ł w odpow iadających s o b ie punktach modelu i w zorca,

- podobieństw o g ra n ic z n y c h i czasowych warunków (w przypadku badań hydrau­

li c z n y c h prowadzonych na c z y s t e j w odzie w odo ciągow ej, np. podobleńetw o ruchu c ie c z y na d o p ływ ie i o d p ły w ie , podobieństw o p ó l p r ę d k o ś c i i tempe­

r a t u r y ) .

W za g a d n ie n ia c h ty ch można w y ró żn ić t r z y podstawowe w ie lk o ś c i f iz y c z n e , a m ia n o w icie : d łu g o ś ć , masę i c z a s . Na t e j podstaw ie można o k r e ś l i ć t r z y s k a le m odelowania, przyporzędkow ujęc każdemu równaniu fiz y k a ln e m u równanie wymiarowe [ l2 , 1 4 ]. P o s ta ć t a k ie g o równania z a le ż y od obranego u kładu wiel­

k o ś c i podstawowych.

Na podstaw ie a n a l iz y zasad f iz y k a ln e g o modelowania procesów zachodzą­

cych w k ie ro w n ik a c h , metodę ilo c zy n ó w bezwymiarowych [12] u s ta lo n o p o tr z e ­ bę s p e łn ie n ia podobieństw a geom etrycznego i m echanicznego. O kazało s l ę . ż e lic z b a m i k r y t e r ia ln y m i, k tó re n a le ż y b rać pod uwagę w omawianym przypadki^

sę [2, 5, 9 , 10, 12, 14, 16] : l i c z b a Reynoldsa

Re - ” ■* 1 = idem (1)

l i c z b a F ro u d e 'a

F r = « idem (2)

w

l i c z b a E u le r a

a p

Eu * ■ — - = idem (4)

? . w*

g d z ie :

W ,? ,? - p rę d k o ś ć , g ę s t o ś ć , kinem atyczny w sp ó łczy n n ik le p k o ś c i wody, A p - r ó ż n ic a c iś n ie ń w dwóch c h a r a k te r y s ty c z n y c h p unktach,

1 - c h a r a k te r y s ty c z n y wymiar lin io w y , g - p r z y s p ie s z e n ie s i ł y c i ę ż k o ś c i.

F iz y k a ln e z n a c z e n ie wymienionych k r y t e r ió w , Jak wiadomo o g ó ln ie . J e s t n a s tę p u ją c e :

Badania modelowe nad określeniem sprawności... 37

- k ry te riu m Re - o k r e ś la sto su n e k s i ł b e z w ła d n o ś ci do s i ł le p k o ś c i, t z n . c h a r a k te r ruchu wody ( la m in a rn y , b u r z liw y ) , a t a k ż e r o z k ła d prędkości w s tr u m ie n iu wody,

- k ry te riu m F r - o k r e ś la sto su n e k e i ł y c i ę ż k o ś c i do s i ł b e z w ła d n o ś c i,n p . ; gdy w y stę p u je wpływ e i ł y c i ę ż k o ś c i Jako s k u te k n ie je d n o r o d n o ś c i lu b ró ż ­ nych g ę s t o ś c i c i a ł ,

- k ry te riu m Eu - o k r e ś la s to su n ek r ó ż n ic y c iś n ie ń w dwóch c h a r a k t e r y s t y c z ­ nych punktach s tr u m ie n ia do je g o e n e r g ii k in e t y c z n e j i c h a r a k te r y z u je r o z k ła d c i ś n ie ń w s t r u m ie n iu .

Z uwagi na t o , że w w odzie z n e jd u ję c e j s i ę np. w r e c y r k u l a c j i w o b ie k ­ c ie naturalnym zaw arte eę c z ę s t k i z a w ie s in i k ła czk ó w , n a le ż a ło b y u s t a l i ć rów nież k r y t e r ia podobieństw a d la r o z p ro s z o n e j fa z y s t a ł e j . D e s t to trudne ze w zględu na n i e s t a ł y p r z e b ie g p ro ce su k o a g u la c j i. Faza s t a ł a w ystę p uje t u t a j w p o s t a c i b ard zo drobnych kłaczków i p r a k t y c z n ie n ie z m ie n ia s t r u k ­ t u r y ru ch u , s tę d wpływ u d z ia łu t e j fa z y p o m in ię to , a b ad an ia prowadzono p rz y u ż y c iu c z y s t e j wody [6, 7 , 1 6 ]. W przypadku modelowania z a s ie s l n y na­

le ż a ło b y dodatkowo u w zglę d n ić r ó ż n ic ę g ę s t o ś c i kłaczków i wody, a tym s a ­ mym k r y te riu m o k r e ś la ję c e A rch im ed e sa :

A r « 1 . ” idem , (4)

w ’

g d z i e :

d - ś r e d n ic a c z ę s te k z a w ie s in .

Równoczesne s p e ł n ie n ie podanych w yżej k r y t e r ió w n ie J e s t m ożliw e w ba­

d a niach modelowych. Zapew nienie pełn e g o podobieństw a i o s i ą g n i ę c i e równo­

ś c i wym ienionych k r y t e r ió w w modelu i n a tu rz e b y ło b y m ożliw e w przypadku modelowania p r z y u ż y c iu s p e c ja ln e g o medium, zw ykle f i z y c z n i e n ie r e a ln e g o . Natom iast w przypadku modelowania za pomocę c z y s t e j wody wodociągowej n ie udałoby s i ę utrzym ać ró w n o ści wym ienionych k r y t e r ió w . Wynika s tę d k o n ie c z ­ ność sto sow a n ia modelowania p r z y b liż o n e g o , n ie n a ru s za ję ce g o zasad modelo­

w ania, d z i ę k i b u r z liw o ś c i ruchu wody w modelu i zw ię za n e j z tym z d o ln o ś c i samomodelowania. Je d n o c z e ś n ie n ie tru d n o s i ę p rzek o n a ć, że l i c z b a Re* w modelu j e s t w tym przypadku w ie lo k r o t n ie m nie jsza od l i c z b y Re' w natu­

r z e . Z d o ln o ś ć samomodelowania [14, 16 ], w iężę s i ę z z a n ik ie m z a le ż n o ś c i p rze b ie g u z ja w is k a od k r y te riu m o k r e ś la ję c e g o p ro ce s wody, gdy k ry te riu m to p rz e k ra c z a o k re ś lo n ę w a r to ś ć . Zatem w modelu w y s ta rcz y utrzymać ruch c ie c z y w g r a n ic a c h in te n sy w n e j i u s t a b iliz o w a n e j b u r z li w o ś c i, zachowujęc podobieństwo g ra n ic z n y c h warunków na w e jś c iu i w y jś c iu , a badania prowa­

d z ić w o b s z a rz e lic z .b

Re

Rek r .

P o trzeb n e s k a le w ie lk o ś c i f iz y c z n y c h d la modelowania p r z y b liż o n e g o po­

dano w t a b e l i 1 . .

88

T a b e la 1

L p . W ie lk o ś ć modelowana

Ozna­

c z e ­

Je d ­ n o s t­

S k a le modelowania p rz y zachowaniu

podobieństw a

n ie k i

pełnego p r z y b l i ­ żonego 1 " ... 2 ... 3 4 5 $

1 D ługość L m

S 1 S1

2 Wysokość i g łę b o k o ść H m

S 1 S 1

3 P o w ie rz ch n ia A m2

Sl s l

4 O b ję to ś ć V m3

S 1

s l

5 W sp ó łczyn n ik le p k o ś c i

dynam icznej m s S1 ' 5

51 1

6 W sp ó łczyn n ik le p k o ś c i k ine m a tyczne j

■9 m2/8 „ 1 .5

S 1 1

7 G ę s to ś ć 9 kg/m3 1 1

8 Prędkość w m/s S0 ' 5

S 1

„ 0 ,5 S 1

9 O b ję to ścio w e n a tę ż e n ie

przepływ u Q m3/a S2 ' 5

S1 S2 ' 551

10 Czae T e S0 ' 5

51 S0 ' 5

S 1

11 Wysokość c i ś n ie n ia

V

12 W sp ó łczyn n ik oporu R N/m 1 1

13 Chropowatość

bezwzględna ś c ia n k m

S 1 S 1

G ra n ic ę samomodelowanla, powyżej k t ó r e j z a le ż n o ś ć Eu = f ( R e ') p r z y j ­ muje w arto ść s t a ł ą , wyznaczono d o ś w ia d c z a ln ie .

Podatawowe h y d r a u lic z n e badania modelowe przeprow adzono na c z y s t e j wo­

d z ie wodocięgowej s t o s u ją c s k a lę z m n ie js z e n ia wymiarów lin io w y c h S^ = 0 ,4 . D la p o tw ie rd z e n ia p ra w id ło w o ś ci p r z y ję t y c h zasad f iz y k a ln e g o modelowania, dokonano pomiarów porównawczych p rz y s k a l i lin io w e j u rz ą d z e n ia = 0 ,2 .

W ie lk o ś c ią o k r e ś la ją c ą c a ł o k s z t a ł t warunków h y d r a u lic z n y c h danego u- r z ą d z e n ia je e t je g o sprawność h y d r a u lic z n a z a p is a n a wzorem:

T

-l = =1. 100%, (5)

t

g d z i e :

^ - sprawność h y d r a u lic z n a .

B a d a n ia m o d elo w e nad o k r e ś le n ia » » s p r a w n o ś c i . . 89

T p - r z e c z y w is t y ś r e d n i cz a s przepływ u wody p rz e z u rz ą d z e n ie , T t - t e o r e t y c z n y ( o b lic z e n io w y ) cza s p rze p ływ u .

Modelowany p ro ce s p rz e b ie g a s z y b c ie j a n i ż e l i w n a tu rz e (ST » S ° ' 5 ), jednak wyznaczona wzorem (5) sprawność h y d r a u lic z n a p rzy jm u je w a r t o ś c i 1- d e n ty cz n e , gdyż jednakowo s k r a c a ją s i ę cz a s y r z e c z y w is te T r i t e o r e t y c z ­ ne T t .

Z k o l e i czae t e o r e t y c z n y o b l ic z a s i ę z z a l e ż n o ś c i :

Tt * 5* <«>

g d z ie :

V - czynna o b ję t o ś ć u rz ą d z e n ia ,

Q - o b ję to ś c io w e n a t ę ż e n ie przepływ u wody.

W b ad an iach s p ra w n o ści h y d r a u lic z n e j urządzeń do o c z y s z c z a n ia wody lu b ś c ie k ó w , w s z c z e g ó ln o ś c i d la u s t a le n ia rze c z y w is te g o ś r e d n ie g o czasu p rz e ­ pływu wody p rz e z dane u r z ą d z e n ie , używa s i ę tzw . wskaźników w postaci barwni­

ków, s o l i n ie o rg a n ic z n y c h i izoto pów p ro m ie n io tw ó rcz y c h . Dodany na d o p ły ­ w ie do badanego u rz ą d z e n ia w skaźnik n ie może zm n ien ić warunków hydrodyna­

m icznych p rze p ły w u . Jak rów nież n ie może u le g a ć stopniowemu z a n ik o w i na s k u te k zach o d zących r e a k c j i ch em iczn ych , d z i a ła n ia ś w i a t ł a , s o r p c j l . s e d y ­ m e n ta c ji cz y u t l e n i a n i a . Stosowany w skaźnik musi być ponadto łatw o rozpu­

s z c z a ln y w w o d z ie , t a n i , m o żliw ie p r o s t y do w y k ry c ia p rz y n ied u ży ch s t ę ­ ż e n ia c h w o d p ły w ie , b e z p ie c z n y w u ż y c iu , a przede w szystkim n ie może w pły­

wać ujem nie na ja k o ś ć wody i zdrow ie l u d z i w ykonujących o z n a c z e n ia . Mimo s zereg u p u b l i k a c j i [ l . 4 , 6 , 7 , 8 , 11, 18] d o ty cz ą cy ch sto sow a n ia w sk aźn i­

ków w b ad an iach urządzeń do o c z y s z c z a n ia wody lu b ście k ó w , brak j e d n o l i ­ t e j m etodyki badań s k ł a n i a do a n a l iz y tego z a g a d n ie n ia . Dużą dokładno ść o- znaczeń zapew nia metoda p o le g a ją c a na zasto sow aniu izoto pów pro m ien iotw ó r­

cz y ch . Sposób ten je d n a k , a cz k o lw ie k b ardzo in t e r e s u j ą c y , wymaga dyspono­

wania odpow iednią a p a ra tu rą pomiarową i przeszkolonym w tym k ie ru n k u p e r­

sonelem . Przed podjęciem d e c y z j i d o ty c z ą c e j wyboru w sk a źn ik a , ro zp atryw a­

no m ożliw ość za s to so w a n ia izotopów p ro m ie n io tw ó rcz y c h . Z uwagi na n ie d y s ­ ponowanie odpowiednim wyposażeniem aparaturowym 1 pom ieszczeniem odpowia­

dającym wymaganiom b ezp iecze ń s tw a p ra c y w tym k ie ru n k u , sposobu tego z a ­ n ie ch a n o .

O prócz izoto p ów p ro m ie n io tw ó rczych w badaniach h y d r a u lic z n y c h urządzeń do o c z y s z c z a n ia wody s z e ro k o stosowany j e s t Jako w skaźnik jo n l i t u [1, 4], Zastosow anie jonu l i t u ma tę z a l e t ę , że wody n a t u r a ln e n ie za w ie ra ją Jego związków, s tą d mała i l o ś ć wprowadzonego od czy n n ik a może być szybko i ł a t ­ wo oznaczona metodą f o t o m e t r i i p ło m ie n io w e j. Don l i t u n ie w ykazuje w ła­

ś c iw o ś c i s o r p c y jn y c h , n ie powoduje z a s a d n ic z y c h zmian c ię ż a r u w łaściw ego . Jak rów nież n ie j e s t s z k o d liw y d la z d ro w ia . Z a le t y te św iadczą o je g o du­

K. Kuś

ż e j p r z y d a t n o ś c i w badan iach h y d r a u lic z n y c h p ra c u ją c y c h urządzeń do o c z y - a z c z a n ia wody.

W t e c h n ic e atoso w ania wskaźników p rzy badaniach h y d r a u lic z n y c h urządzać do o c z y a z c z a n la wody lu b ściek ów s z c z e g ó ln ie p rzy d a tn e o k a z a ły s ię , o p r ó c z izoto pów p rom ie n io tw ó rczych i e o l i l i t u , w s k a ź n ik i flu o r e s c e n c y jn e [ 3 , 6, 7 , 8 ] . W s k a źn ik i te c e ch u je dobra r o z p u s z c z a ln o ś ć , n i s k i k o s z t ,o g ó ln a do­

s tę p n o ś ć , w y s ta r c z a ją c a sta b iln o ś ć^ z n ik o m a d y f u z ja , intensyw na barwa ora z ła tw o ść o z n a c za ć .

Zastosow anie wskaźników barwnych u m ożliw ia obserw ację p o szcze g ó ln y ch s tr u g wody z o k re ś la n ie m ic h d r o g i i k ie ru n k u . Z a ła t a ta ma dodatkowe i - s t o t n e z n a c z e n ie w przypadku prow adzenia badać modelowych z k o n ie c z n o ś c ią w iz u a ln e j a n a l iz y zachodzących z ja w is k .

W przeprow adzonych b a daniach ja k o w skaźnika u ży to rodamlnę B o wzorze C28H31 c1N2°3 “ 4 7 9' 0 2 • produkowaną p r z e z P o ls k ie O d c z y n n ik i Chemiczna w G liw ic a c h .

Z danych lit e r a t u r o w y c h [1, 4 , 6 , 7 , 13, 17} w yn ika, ż e do n a j c z ę ś c ie j stosowanych metod dawkowania w skaźnika w b a daniach urządzać do o c z y s z c z a ­ n ia wody lu b ściek ów z a l i c z a e l ę metody:

- dawkowania impulsowego (pozw alającego otrzym ać elem entarną f a l ę p r z e p ły ­ wu), k ie d y J e s t n ie s k o ć c z e n ie m ałe, równe dT^,

- dawkowania okresowego (pozw alającego otrzym ać zmienną f a l ę p rze p ły w u ), k ie d y T d < T n - T 0 .

- dawkowania c ią g łe g o (pozw alającego otrzym ać s t a ł ą f a lę p rz e p ły w u ),k ie d y

Td * Tn - V

g d z ie :

T d - cza s dawkowania,

Tq - czas przepływ u n a j s z y b c ie j p ły n ą c e j c z ą s t k i, wody p rz e z badane urzą­

d z e n ie ,

T n - czas przepływ u n a jw o ló ie j p ły n ą c e j c z ą s t k i wody p rz e z badane urzą­

d z e n ia .

Przykładow o lit e r a t u r o w e w ykresy f a l przepływ u z o e t a ły p rze d staw io ne na

*ys. 1 . Z wykresów ty ch w yn ika, Za w z a le Z n o ś c i od sposobu dawkowania yskaźnlk a na d o p ły w ie , można uzyskać elem entarną zmienną lu b s t a ł ą f a lę irz e p ły w u , będącą g ra ficz n y m obrazem s ta ty c z n e g o ro zk ła d u czasów przebywa- i l a p o szcze g ó ln y ch c z ą s te k wody w u rz ą d z e n iu .

Z p rzed staw io n y ch na r y s . 1 wykresów f a l przep ływ u , zarówno f a lę elemen­

ta rn ą , ja k rów nlaZ f a l ę zmienną ce ch u je pewna n ie d o s k o n a ło ś ć , w y n ik a ją ca : fa k tu otrzym yw ania zmiennych k s z ta łtó w krzywych z a le Z n ie od a tę Z e n ia i :zasu dawkowania w sk a źn ik a . S tąd t e ź , wymienione wyżej dwie p ie rw sze mato­

ły są stosowane w p r a k ty c e pod warunkiem zachowania jednakowych parame­

tr dawkowania w skaźnika ( s t ę ż e n ia i c z a s u ) , d la u m o ż liw ie n ia porówny-

Badania modelowe nad określeniom sprawności

• • •

T M

g d z ie : T , Tn d o ty cz ę f a l i

A - p o w ie rzc h n ia zaw arta między krzywę s t a ł e j f a l i przepływ u a o a lę rzędnych

"a" o ra z "c*

R y s. 1 . Wykres f a l przepływ u

a - f a l a e le m e n ta rn a , b - f a l a zm ienna, c - f a l a e t a ł a , d - f a l a zmienna u rz ę d z e n la id e a ln e g o , c - f a l a e t a ł a u rz ę d z e n ia id e a ln e g o

w a ln o ś c i otrzym anych wyników. W przeciwnym r a z ie zarówno k s z t a ł t krzyw ej przepływ u Jak 1 ś r e d n i cza s przepływ u b ę d z ie każdorazowo in n y .

W b adaniaeh p r z y j ę t o metodę dawkowania c ię g łe g o (p ozw alajęcę otrzym ać a t a łę f a lę p rz e p ły w u ), dawkujęc w skaźnik ze s t a ł ę ln te n s y w n o ś c lę do chw i­

l i u zy s k a n ia s t a łe g o s t ę ż e n ia w o d p ły w ie . Oeet to n a jd o k ła d n ie js z a z do­

ty ch cz a s znanych metod b ad an ia urzędzert przepływ ow ych, IctóreJ podstawy te o ­ re ty c z n e o p racow ał M u szkalay 1 Vagas [13]. Zgodnie z tę metodę, r z e c z y w i­

s t y ś r e d n i czae przepływ u o k r e ś la n y J e s t z n a e tę p u ję c e j z a le ż n o ś c i [4, 13]:

T r - r z e c z y w is t y ś r e d n i cza s przep ły w u ,

A - p o w ie rz c h n ia zaw arta między krzywę s t a ł e j f a l i p rzep ływ u , a o e ię rzę dn ych ( r y e . 1 ) ,

6 - maksymalne s t ę ż e n ie w sk aźnika w o d p ły w ie .

Na p odstaw ie otrzym anych krzywych można wnioskować o c a ł o k s z t a ł c i e wa­

runków h y d r a u lic z n y c h panu jęcych w badanym u rz ę d z e n iu , Jak rów nież określać Jego spraw ność h y d r a u llo z n ę . W omawianym przypadku pobór próbek odbywał

<*ię na o d p ływ ie wody z k ie ro w n ik a w o dstępach czasu od 1-5 m in u t.D la o trzy- (7)

g d z i e :

Tabela 2 Wyniki pomiaru aprawności hydraulicznej modelu kierownika

prędkość

ś r e d n ia Pobór prób po r

*~r

S t ę ż e n ie wakaźnika w o d p ływ ie

1 S t ę ż ę -

e

Czaa

przepływ u Sprawność

hydrau­

li c z n a

V T T 100

Temp.

p r z e p ł. mg/dm II AB

t e o r e ­ ty cz n y

rz e c z y w i­

s t y ś r e d n i

T r - t

wody Lp. wody w

modelu Vś r

C4B9lc

T s i S2 S3

śre d <io S

mm/s min mg/dm3 min min % K

1 2 3 4 T " 6 " ---

7 ..

Ś '9 10 n ~

1 5 - - - -

2 8 0 ,0 3 0 ,0 3 0 ,0 4 0,0 33

3 10 0 .1 0 0 ,1 1 0 ,0 9 0,1 00

4 15 0 ,2 2 0 ,2 5 0 ,2 6 0,243

5 20 0 ,3 2 0 ,2 9 0 ,3 3 0,3 14

6 25 0 ,4 3 0 ,4 5 0 ,4 2 0,433

7 30 0 ,6 1 0 ,6 3 0 ,5 8 0 ,6 0 4

8 35 0 ,6 6 0 ,6 9 0 ,6 5 0 ,6 6 7

9 40 0 ,7 9 0 ,8 0 0 ,7 7 0,7 86

10 45 0 ,8 9 0 ,8 9 0 ,8 8 0,8 86

11 12

m vO

50 55

0 ,9 3 1 ,0 5

0 ,9 2 1 ,0 5

0 ,9 5 1 ,0 8

0 ,9 34 1,060

oN 0>

inCM in

8 H

n

H

13 ^O* 60 1,12 1,11 1 ,1 4 1,123 * to N CO

CM

14 65 1.1 9 1 .1 7 1,2 2 1,193

15 70 1 ,2 4 1 ,2 3 1 ,2 7 1,246

16 75 1,31 1,2 8 1,3 2 1,303

17 80 1 ,3 7 1,39 1,3 9 1,383

18 85 1,3 9 1 ,4 0 1 .4 0 , 1,396

19 90 1 ,4 0 1,41 1,4 2 1 ,4 10

20 95 1 ,4 0 1,4 0 1,41 1,403

21 100 1,41 1 ,4 0 1,4 0 1,403

Kuś

Badania modelowe nad określeniem sprawności.. 93

mania wykresu p o je d y n c z e j f a l i p rze p ływ u , każdy pom iar pow tarzano trzykro*- n ie zachow ując id e n ty c z n e w arun ki h y d r a u lic z n e . Z tak otrzym anych s tę że ń Sl* S2 ' S3 ^np" ta b e *a 2 ) o b lic z a n o ś r e d n ię a rtym e tyczn ę S , k tó ra p o s łu ­ ż y ła do w y k r e ś le n ia z a le ż n o ś c i S = f ( T ) r y s . 2. N a s tę p n ie p la n im e tr u - Jęc p o le zaw arte m iędzy o s lę rz ę d n y c h , , a krzywę s t a ł e j f a l i p rze p ły w u , ob­

lic z a n o r z e c z y w is t y ś r e d n i cza s p rze p ły w u . Z k o l e i d z i e l ę c cza s rz e c z y w i­

s t y p rz e z cza s t e o r e ty c z n y o k r e ś la n o spraw ność h y d r a u lic z n e .

R ys. 2 . Wykres f a l i przepływ u w skaźnika w modelu Ś ■= f ( T )

B a d ania modelowe prowadzone b y ły z zachowaniem warunków eamomodelowa- n ia . Zatem w z a k r e s ie d o k ła d n o ś c i modelowania n a le ż y r o z p a tr z y ć b łę d y k l a ­ sycznego p r z y b liż o n e g o modelowania w atosunku do modelowania p ełn e g o .P rze z k la s y c z n e modelowanie p r z y b liż o n e rozum ie s i ę t u t a j modelowanie f iz y k a ln e z zachowaniem warunków samomodelowanla. P r z y o k r e ś la n iu l i c z b y Eu w mode­

lu b łę d y w zględne metody k la s y c zn e g o modelowania p r z y b liż o n e g o kompensuję s i ę . Zatem modelowanie p r z y b liż o n e n ie w nosi odstępstw a do c h a r a k t e r y s t y ­ k i h y d r a u lic z n e j i otrzym ane w y n ik i można p r z e n ie ś ć na o b ie k t naturalny za pomocę s k a l modelowania p r z y b liż o n e g o .

Innego ro d z a ju odstępstw a sę spowodowane błęd am i w y n ik a ją cym i z n ie z a ­ chowania geom etrycznego podobieństw a ch ro p o w a to ś ci p o w ie rz c h n i ś c ia n e k o - ra z elementów p r z y ś c ie n n y c h . Jak rów nież i s t n i e n i a t r u d n o ś c i w odwzorowa­

n iu n ie k t ó r y c h p o łę c ze ń k o n s tru k c y jn y c h na sk u te k zas to sow a n ia u s z c z e le k , ś ru b m ocujęcych i t p . B łę d y w y n lk a ję ce z wym ienionych o dstępstw można o ce­

n ić p rz e z porów nanie wyników badań modelowych w sto sun ku do obiektó w n atu ­ r a ln y c h . Ze w zględu na brak dostępu do tego typu urzędzeń przemysłowych n ie u d a ło s i ę o k r e ś l i ć w ie lk o ś c i ty ch o d s tę p s tw , co w r e z u l t a c i e uniemoż­

l i w i a o k r e ś le n ie c a łk o w ite g o b łę d u badań modelowych r z u tu ję c y c h na niepew­

ność wyników. B łę d te n w przypadku tego ro d z a ju badań z a le ż y od p r z y j ę t e j

9 4 K. Kuś

s k a l i l i n i o w e j , w ie r n o ś c i geom etrycznego odwzorowania k o n s t r u k c j i u rzą d ze ­ n ia i ch ro p o w a to ści ś c ia n e k , d o k ła d n o ś c i przyrządów pomiarowych i z a s to s o ­ wanej m etodyki pomiarów. M ia rę tego b łęd u J e s t ro z b ie ż n o ś ć k ry te riu m Eu w modelu i o b ie k c ie n atura ln ym .

W omawianym przypadku badań d la s e r i i pomiarów danego param etru w punk­

c i e , b łę d y przypadkowe p o d le g e ję prawu normalnego r o z k ła d u . Na podstaw ie otrzym anych wyników można wyznaczyć o d c h y le n ie standardow e pomiarów po­

s z cz e g ó ln y ch parametrów 1 o k r e ś l i ć ic h stosunkowy u d z i a ł w w a r ia n c j i.

Przykładow o podaje s i ę w y n ik i t a k ie g o o b l ic z e n ia d la o k r e ś le n ia d o k ła d ­ n o ś c i pomiaru s p raw n o ści h y d r a u lic z n e j według rów nanie:

' r _ A .

7- r ł- 100% (

)

W a ria n c ja sp raw n o ści h y d r a u lic z n e j wyraża s ię n a s tę p u ją c o :

( 9 )

6 2 («lh ) = 1,1 04 + 0 ,1 2 3 + 0 ,1 23 + 0 ,4 9 0 - 1,840

a tę d o d c h y le n ie standardow e:

6(<ih ) «

^ e 2 (Vh )

^

G ra n ic e d o k ła d n o ś c i d la poziomu u f n o ś c i 0 ,9 5 wynoszę +_ 1,9 6 k r o t n o ś c i o b lic z o n e j w a r t o ś c i o d c h y le n ia [19] , t z n . ^ 1 ,9 6 . 1 ,3 57 = +_ 2,66%. B łęd względny w tym przypadku w ynosi +_ 3,80% c a ł e j sp raw n o ści h y d r a u lic z n e j

( d la « 70%).

O la u zy sk a n ia poprawy o g ó ln e j d o k ła d n o ś c i n a le ż a ło b y zw ię k szyć d o k ła d ­ ność pomiaru p o w ie rzc h n i A (o ko ło 61% w a r ia n c j i) . Dokonano próby z m n ie j­

s z e n ia tego b łęd u poprzez rzutow ania obrazu wykresów s t a ł e j f a l i p r z e p ły ­ wu na ś c ia n ę i g r a f ic z n e o b l ic z a n ie p o w ie rzc h n i A . Otrzymana w ten spo­

sób w ie lk o ś ć b łęd u względnego z m n ie js z y ła s i ę do + 2,43%.

W nio ski

1 . P r z e d s t a w i o n a m e to d y k a ba d a ń modelowych k l a r o w n i k ó w u m o ż l i w i a , d r o g ę

p r o s t y c h zm ian e le m e n tó w k o n s t r u k c y j n y c h i p a r a m e t r ó w h y d r o d y n a m i c z ­

nych p r z e p ł y w u w o d y , u s t a l e n i e o p t y m a l n e g o z a k r e s u p a r a m e t r ó w k o n s t r u k ­

c j i i p r a c y t y c h u r z ę d z e ń .

Padania modelowe nad określeniem sprawności.. 95

2 . U s ta lo n o p rz y d a tn o ś ć metody s k r e ś la n ia sp raw no ści h y d r a u lic z n e j p rzy pomocy f a l i przepływ u w badan iach modelowych k la ro w n ik ó w .B łę d w zględny pomiaru sp raw n o ści n ie p r z e k r o c z y ł

+_

3. O pisana metodyka może być z powodzeniem stosowana w b a daniach in n ych u- rzędzeń do o c z y s z c z a n ia wody lu b ś c ie k ó w , np. osadników .

LITERATURA

[1] B u lk a i L . : A v i z t i s z t i t r a s b a n a lk a lm a z o tt d e r it o k t e c h n o lo g ia i v i z s - g e la t a v a l n y e rt t a p a s z t a la t o k . Budapest 1971.

[2] C e b e rto w ic z R . : Budowle h y d r o te c h n ic z n e w ś w ie t le dośw iadczeń na mo­

d e la c h . P o ls k a Akademia Nauk. I n s t y t u t Budownictwa Wodnego w Gdańsku, PWN, Warszawa 1958.

[3] C h o jn a c k i 0 . : Wpływ n ie k t ó r y c h czynników na równomierność przepływ u w osa d n ik a ch pionow ych. Z e s z y ty Naukowe P o l i t e c h n i k i S l ę s k i e j z . 10, 1966.

[4] G l i n i c k i Z . , Roman M. : 0 m etodzie badań z b io rn ik ó w przepływowych przy pomocy w skaźników . Gaz, Woda i T e ch n ik a S a n it a r n a nr 3, 1960.

[5] Oohnstone R . E . , T h r ln g M.W. : I n s t a la c j e d o ś w ia d cz a ln e , modele i me­

tody p o w ię k s za n ia s k a l i . PWN, Warszawa 1960.

[6] Kowal A . L . : U s t a le n ie pojem n ości czy n n e j o sa d n ik a za pomocę zn a czo ­ nej f a l i p rze p ły w u . G az, Woda i T e ch n ik a S a n it a r n a , nr 10, 1960.

[7] Kowal A . L . : B a d ania nad m o żliw o ś cię równomiernego r o z d z ia łu wody w poprzecznym p r z e k ro ju osa d n ik a o p r z e p ły w ie poziomym w c e lu uspraw­

n ie n ia Jego p r a c y . Archiwum H y d r o t e c h n ik i V I I I , 1961.

[8] L ä c h e r t E . , K r ó lik o w s k i W .: Zastosow an ie znaczników do badań sprawno­

ś c i h y d r a u lic z n e j urzędzeń do o c z y s z c z a n ia śc ie k ó w . Gospodarka Wodna n r 4 , 1972.

[9] Kuś K . : Wpływ systemów z a s i l a n i a klarow ników na ic h sprawność hydrau­

l i c z n y . Z e s z y ty Naukowe P o l i t e c h n i k i S l ę s k i e j . I n ż y n ie r ia S a n ita r n a n r 19 . 1976.

[10] L a te s M .: Etü de h y d r a u liq u e e x p e rim e n ta le d 'u n modele sous p r e s s io n pour d e c a n te u r v e r t i c a l pour aaux r e s i d u a ir e s . La T rib ü n e du Cebedeau nr 242, 1964.

[11] L e is tu n g s s t e ig e ru n g e n von R oh w a ssera u fb a reitu n g sb e ck en durch Anwen­

dung des S ch la m m k o n ta k tv e rfa h re n s. Rundschau aus W is s e n s c h a ft und P ra ­ x i s . W a s s e r w ir ts c h a ft - W a s s e rte c h n ik nr 3, 1960.

[12] M ü lle r L . : T e o r ia podobieństw a m echanicznego. WNT, Warszawa 1961, [13] M uszkalay L . , Vagas I . : M o d i f ic a t io n o f the t r a c e r m easuring method

in s e t t l l n g b a s in s . Sewage and I n d u s tr y Wastes nr 9 , 1958.

[14] P io t r o w s k i 3 . : Z a g a d n ie n ia modelowania okapowych u ję ć gazów o d lo t o ­ wych z e le k t r y c z n y c h pieców łukow ych. P raca d o k to rs k a . G l iw ic e 1974.

[15] Siedow L . I . ! A n a liz a wymiarowa i t e o r i a podobieństw a w mechanice.WNT, Warszawa 1968.

[16] S z y f r i n S . M . : So w rlem iennyje sposoby m ie c h a n ic z e s k o j o c z i s t k i s t o c z - nych wod. G o s s t r o j i z d a t . L e n in g ra d , Moskwa 1956.

[17]

[18] T e s a r i k I . : G e s c h w i n d i g k e i t e n i n F l o c k e n w i r b e l s c h i c h t e n und A u f e n ­ t h a l t s z e i t e n in" Schlamm k o n t a k t a n l e g e n W a s s e r w i r t s c h a f t - W a s s e r t e c h n i k n r 6 , 1 9 6 3 .

[Í9] V o lk w .. s t a t v - t y k a stosowana d la in ż y n ie ró w . WNT, Warszawa 1965.

9 6 K. Kué

MOAEJIhHHB- HCCJŒ&OBAHHH. AAA OHPIAEjlEHHH raH PA B JH iE C K O rO K . Ü . A . OCBETJHTEJIEa

P e 3 D M e

B

craibe

npoBexemia

Moj,ejbHWt

floBasaft

npnuep

npHHmtnoB

$ i 3 B K u i > H b r o

uoAejinpoBaHHH, BHfiopa noKa3aiexa k ueiOAa

b bu-

M e p e H B a x r H A p a B J o n e c x o r o K .n .A .

THE MODELLING TESTS FOR THE DETERMINATION OF THE CLARIFIERS HYDRAULIC EFFICIENCY

S u ■ m a r y

In the paper th e method o f c a r r y in g out the h y d r a u lic a o d e llin g te e te o f c l a r i f i e r a have bean d la c u a e e d . An e x a a p le o f t h ia k in d o f te a t a haa been g iv e n , t a k in g i n t o c o n a id e r a t io n th e p h y a ic a l m o d e llin g p r i n c i p l a a , th e c h o ic e o f in d i c a t o r and the method o f i t e doaage i n th e hydraulic e f f i ­ c ie n c y m eaeureaenta.