بررسی آزمایشگاهی مشخصه‌های جت غوطه‌ور در فرآیند هوادهی به مخزن سیال ساکن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

2 استادیار، گروه مهندسی آب، دانشگاه شهید باهنر، کرمان

3 استادیار، گروه مهندسی آب، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران.

چکیده

جت جریان، باریکه­ای از مایع است که با سرعت بالا از یک نازل با قطر کم خارج می­شود. امروزه کاربرد جت­های هیدرولیکی در شاخه­های مختلف مهندسی و صنعت فراگیر شده است. در این پژوهش، مشخصه­های جت غوطه­ور در فرآیند هوادهی به مخزن سیال ساکن به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، ابتدا مدل فیزیکی یک مخزن آب ساخته شد و از یک نازل دایره­ای برای ایجاد جت غوطه‌ور استفاده شد. آزمایش‌ها برای دو دبی جت جریان (Q) 036/0 و 067/0 لیتر بر ثانیه، شش فاصله عمودی بین خروجی نازل و سطح آب (Lj) از 2 تا 12 سانتی‌متر، شش زاویه برخورد جت با سطح سیال درون مخزن (θ) از 15 تا 90 درجه و پنج غلظت مختلف سیال مخزن (C) از صفر تا 200 گرم بر لیتر، انجام شد. از روش تصویربرداری سریع برای بررسی مشخصه‌های جت استفاده شد. نتایج نشان داد برای cm2= Lj و °90=θ، با افزایش دبی از 036/0 به 067/0 لیتر بر ثانیه، عمق نفوذ جت (hp)، 3/13 درصد افزایش یافت. همچنین برای L/s 067/0=Q و °90=θ، با افزایش Lj از 2 به 12 سانتی‌متر، مشخصه hp به مقدار 4/10 درصد افزایش یافت. علاوه بر این، برای cm2=Lj، L/s 067/0=Q و 90°=θ، با افزایش مقدار غلظت سیال از صفر (آب خالص) به 200 گرم بر لیتر، مشخصه hp به مقدار 1/4 درصد کاهش یافت. برای آزمایش­های این پژوهش، بالاترین عمق نفوذ در آزمایش با L/s 067/0=Q، 90°=θ، cm12= Ljو کمترین غلظت مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of Plunging Jet Characteristics in Aeration to the Stagnant Water Reservoir

نویسندگان [English]

  • Meysam Soltaninejad 1
  • Majid Rahimpour 2
  • Mohamad Reza Madadi 3
1 M.Sc. student, Department of Water Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
3 Assistant professor, Department of Water Engineering, University of Jiroft, Jiroft, Iran.
چکیده [English]

A flow jet is a narrow stream of liquid that exits through a small diameter nozzle with a high velocity. Today, the use of hydraulic jets is of importance in various fields of engineering and industry. In this research, the characteristics of plunging jet in aeration into a stagnant water reservoir was investigated. For this purpose, first a physical model of reservoir was made and a circular nozzle was used to create a plunging jet. The experiments were performed for two discharges (Q) of 0.036 and 0.067 L/s, six vertical distances between the nozzle and the water surface (Lj) from 2 to 12 cm, six jet angles (θ) from 15o to 90o, and five densities of reservoir fluid (C) from 0 to 200gr/L. High-speed imaging technique was employed to investigate the characteristics of plunging jet. The results showed that for Lj=2cm and θ=90o, by increasing the Q from 0.036 to 0.067L/s, the hp increased by 13.3 %. Also, with increasing the Lj from 2 to 12 cm, at Q=0.067L/s and θ=90o, the hp increased by 10.4%. In addition, the results showed that at Lj=2 cm, Q=0.067 L/s, and θ=90o, by increasing the density of stagnant fluid from 0 to 200 gr/L, the hp decreased by 4.1%. For the experiments of this study, the highest penetration depth was observed at Q=0.067L/s, θ=90°, Lj=2cm at the density of C=0, which can be used as a recommendation in the aeration of sewage treatment plants, and at the oxygenation to the aquaculture ponds.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Image analysis
  • Oxygen injection
  • Wastewater treatment
  • Plunging jet
  • Experimental study
احدیان، ج.، و موسوی جهرمی، س. 1388. بررسی عوامل موثر بر توسعه جریان جت­های مستغرق در منابع آب پذیرنده ساکن. آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 23(4): 179-192.
تکفلی، م. و یوسفی کما، ع. 1388. مدل­سازی اجزای محدود برش ماده فولادی با جت آب دارای ذرات برنده، نشریه دانشکده فنی دانشگاه تهران. 43(4): 489-499.
توکلی، م. 1393. اندازه گیری حباب­های ایجاد شده توسط جت سیال متحرک با استفاده از روش سایه نگاری پالسی. بیست و دومین کنفرانس سالانه بین­المللی مهندسی مکانیک ایران. اردیبهشت ماه، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز.
زحمتکش، م.، 1391، اثر هوادهی بر روی تغییرات نیتروژن پساب خروجی تصفیه­خانه فاضلاب شیراز در مقیاس پایلوت. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز.
ساجدی سابق، م.، صانعی، م.، عبدالحی، ح.، بهمنش، ش. و متین­فر، ع. 1395. مطالعه آزمایشگاهی هیدرولیک جریان در مخزن استوانه­ای پرورش ماهی. مهندسی و مدیریت آبخیز. 8(2): 203-209.
صادق­زاده نماور، ع.، و صادق مقدس، ج. 1390. اثر زاویه تزریق در اختلاط جتی. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران. 30(2): 53-60.
کیانوش، ب. و احمدیار، د. 1394. بررسی اثر قدرت لایه­بندی حرارتی بر بازده اختلاط مصنوعی. فصلنامه هیدرولیک. 10(4): 17-33.
مددی، ز. احمدی، م. و رحیم پور، م. 1397. مطالعه آزمایشگاهی اثر جریان جت دایره­ای بر رسوب­شویی مخازن. فصلنامه هیدرولیک. 13(4): 111-120.
 
Al-Anzi, B. (2020). Effect of primary variables on a confined plunging liquid jet reactor. Water, 12(3), 764.‏ doi: 10.3390/w12030764.
Bagatur, T., Baylar, A., & Sekerdag, N. (2002). The effect of nozzle type on air entrainment by plunging water jets. Water Quality Research Journal, 37(3), 599-612.‏
Erlich, G., & Horvath, T. (2011). U.S. Patent No. 7,900,308. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
Guyot, G., Cartellier, A., & Matas, J. P. (2020). Penetration depth of a plunging jet: from microjets to cascades. Physical Review Letters, 124(19), 194503.‏
Horvath, E. (2004). Water jet reversing propulsion and directional controls for automated swimming pool cleaners. United States patent, 6, 742, 613 B2.
Qu, X., Goharzadeh, A., Khezzar, L., & Molki, A. (2010). Experimental Characterization of Air-Entrainment in a Plunging Water Jet System Using Particle Image Velocimetry (PIV). In Fluids Engineering Division Summer Meeting (Vol. 49484, pp. 2767-2772).
Qu, X., Goharzadeh, A., Khezzar, L., & Molki, A. (2013). Experimental characterization of air-entrainment in a plunging jet. Experimental Thermal and Fluid Science, 44, 51-61.
Warjito, Budiarso, Pramono, I. A., Samosir, M. L., & Adanta, D. (2019). The effect of jet height in air entrainment process of vertical plunging jet with downcomer. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2062, No. 1, p. 020023). AIP Publishing LLC.‏
Yamada, J., Takiguchi, T., Saito, A., Odanaka, H., Soyama, H., & Yamamoto, M. (2017). Removal of oral biofilm on an implant fixture by a cavitating jet. Implant dentistry, 26(6), 904-910.‏