Численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике
Горизонтальные отстойники являются одним из важнейших элементов в технологической схеме очистки шахтных вод. Их применение связано с возможностью пропуска достаточно больших объемов сточных вод. При реконструкции или проектировании горизонтальных отстойников возникает ответственная задача по оценке...
Saved in:
| Date: | 2014 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2014
|
| Series: | Геотехнічна механіка |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109520 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике / Н.Н. Беляев, Е.Ю. Гунько, В.А. Козачина // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 240-250. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-109520 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1095202016-12-02T03:03:05Z Численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике Беляев, Н.Н. Гунько, Е.Ю. Козачина, В.А. Горизонтальные отстойники являются одним из важнейших элементов в технологической схеме очистки шахтных вод. Их применение связано с возможностью пропуска достаточно больших объемов сточных вод. При реконструкции или проектировании горизонтальных отстойников возникает ответственная задача по оценке их эффективности. Расчет эффективности отстойника может быть выполнен методом математического рования. Используемые в настоящее время модели и методики не позволяют учесть форму отстойника и различные конструктивные особенности. В данной работе рассмотрено построение численной модели для оценки эффективности горизонтального отстойника модифицированной конструкции. В основу модели положено уравнение движения идеальной жидкости и уравнение массопереноса. Для численного моделирования моделирующих уравнений используются разностные схемы. Численный расчет осуществляется на прямоугольной разностной сетке. Для формирования вида расчетной области и выделения ее особенностей применяется метод маркирования. Модель позволяет рассчитать процесс осветления в отстойнике при использовании компьютеров малой и средней мощности. Время расчета одного варианта задачи составляет несколько секунд. Представляются результаты проведенного вычислительного эксперимента. Горизонтальні відстійники є одним з найважливіших елементів в технологічній схемі очищення шахтних вод. Їх застосування пов'язане з можливістю пропуску досить великих об'ємів стічних вод. При реконструкції або проектуванні горизонтальних відстійників виникає відповідальне завдання за оцінкою їх ефективності. Розрахунок ефективності відстійника може бути виконаний методом математичного моделювання. Використовувані нині моделі і методики не дозволяють врахувати форму відстійника і різні конструктивні особливості. У цій роботі розглянута побудова чисельної моделі для оцінки ефективності горизонтального відстійника модифікованої конструкції. У основу моделі покладено рівняння руху ідеальної рідини і рівняння масопереносу. Для чисельного моделювання моделюючих рівнянь використовуються різницеві схеми. Чисельний розрахунок здійснюється на прямокутній різницевій сітці. Для формування виду розрахункової області і виділення її особливостей застосовується метод маркування. Модель дозволяє розрахувати процес освітлення у відстійнику при використанні комп'ютерів малої і середньої потужності. Час розрахунку одного варіанту завдання складає декілька секунд. Видаються результати проведеного обчислювального експерименту. Horizontal settlers are one of the most important elements in technological scheme of the mine water purification. Their use is associated with possibility to pass a sufficiently large volume of wastewater. When remodeling or designing horizontal tanks there is an important task to evaluate their effectiveness. A settler efficiency can be calculated by mathematical modeling. Currently used models and methods do not allow to take into account the settler shape and specific design features. In this paper, we consider construction of a numerical model to evaluate effectiveness of a horizontal settler modified structure. The model is based on equations of ideal fluid motion and mass transfer equation. For numerical simulation the finite difference schemes are used. The numerical calculation is carried out on a rectangular computational grid. Markers are used for formation of a computational domain. The model allows to calculate the clarification process in the settler using computers small and medium power. Calculation time for one variant of the problem is few seconds. Results of a computational experiment are presented. 2014 Article Численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике / Н.Н. Беляев, Е.Ю. Гунько, В.А. Козачина // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 240-250. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109520 622.5: 628.35: 519.6 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Горизонтальные отстойники являются одним из важнейших элементов в технологической схеме очистки шахтных вод. Их применение связано с возможностью пропуска достаточно больших объемов сточных вод. При реконструкции или проектировании горизонтальных отстойников возникает ответственная задача по оценке их эффективности.
Расчет эффективности отстойника может быть выполнен методом математического рования. Используемые в настоящее время модели и методики не позволяют учесть форму отстойника и различные конструктивные особенности. В данной работе рассмотрено построение численной модели для оценки эффективности горизонтального отстойника модифицированной конструкции. В основу модели положено уравнение движения идеальной жидкости и уравнение массопереноса. Для численного моделирования моделирующих уравнений используются разностные схемы. Численный расчет осуществляется на прямоугольной разностной сетке. Для формирования вида расчетной области и выделения ее особенностей применяется метод маркирования. Модель позволяет рассчитать процесс осветления в отстойнике при использовании компьютеров малой и средней мощности. Время расчета одного варианта задачи составляет несколько секунд. Представляются результаты проведенного вычислительного эксперимента. |
| format |
Article |
| author |
Беляев, Н.Н. Гунько, Е.Ю. Козачина, В.А. |
| spellingShingle |
Беляев, Н.Н. Гунько, Е.Ю. Козачина, В.А. Численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Беляев, Н.Н. Гунько, Е.Ю. Козачина, В.А. |
| author_sort |
Беляев, Н.Н. |
| title |
Численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике |
| title_short |
Численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике |
| title_full |
Численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике |
| title_fullStr |
Численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике |
| title_full_unstemmed |
Численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике |
| title_sort |
численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109520 |
| citation_txt |
Численное моделирование процесса осветления шахтных вод в горизонтальном отстойнике / Н.Н. Беляев, Е.Ю. Гунько, В.А. Козачина // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 240-250. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT belâevnn čislennoemodelirovanieprocessaosvetleniâšahtnyhvodvgorizontalʹnomotstojnike AT gunʹkoeû čislennoemodelirovanieprocessaosvetleniâšahtnyhvodvgorizontalʹnomotstojnike AT kozačinava čislennoemodelirovanieprocessaosvetleniâšahtnyhvodvgorizontalʹnomotstojnike |
| first_indexed |
2025-07-07T23:16:07Z |
| last_indexed |
2025-07-07T23:16:07Z |
| _version_ |
1837031933362569216 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
240
Ключові слова:
CFD модель, аероіонний режим, рівняння потенціальної течії, рівняння масопереносу,
обчислювальний експеримент.
Abstract. This paper presents a numerical model for predicting air-ion dispersion inside the
rooms. The model is based on equations of ideal fluid motion and mass transfer equation for the
negative and positive ions and dust. The numerical simulation of modeling equations uses finite dif-
ference schemes. The numerical calculation is carried out on a rectangular computational grid.
Markers are used for forming a computational domain. The developed numerical model predicts air-
ion dispersion mode with taking into account the room shape, aerodynamics air flows, indoor furni-
ture, equipment, etc. The model predicts air-ion dispersion in the rooms when computers of small
and medium power are used. Calculation time for one variant is few seconds. Results of a computa-
tional experiment are presented.
Keywords:
2-D numerical model, air-ion dispersion, equation of potential flow, equation of mass transfer,
numerical experiment.
Статья поступила в редакцию 6.01. 2014
Рекомендовано к печати д-ром техн. наук В.Г. Шевченко
УДК 622.5: 628.35: 519.6
Н.Н. Беляев, д-р техн. наук, профессор,
Е.Ю. Гунько, канд. техн. наук, доцент,
В.А. Козачина, магистр
(ГВУЗ «ДНУЖТ им. В. Лазаряна»)
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОСВЕТЛЕНИЯ
ШАХТНЫХ ВОД В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ОТСТОЙНИКЕ
М.М. Бєляєв, д-р техн.. наук, професор,
О.Ю. Гунько, канд. техн. науке, доцент,
В.А. Козачина, магістр
(ДВНЗ «ДНУЗТ ім. В. Лазаряна»)
ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ОСВІТЛЕННЯ ШАХТНИХ
ВОД У ГОРИЗОНТАЛЬНОМУ ВІДСТІЙНИКУ
N.N. Bielaev, D.Sc. (Tech.), Professor,
E. Yu. Gunko, Associate Professor, Ph.D. (Tech.)
V.A. Kozachyna, Master of Science
(SHEE «DNURT named after V. Lazaryan»)
NUMERICAL SIMULATION OF THE MINE WATERS TREATMENT IN
HORISONTAL SETTLER
Аннотация. Горизонтальные отстойники являются одним из важнейших элементов в
технологической схеме очистки шахтных вод. Их применение связано с возможностью про-
пуска достаточно больших объемов сточных вод. При реконструкции или проектировании
горизонтальных отстойников возникает ответственная задача по оценке их эффективности.
© Н.Н. Беляев, Е.Ю. Гунько, В.А. Козачина, 2014
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
241
Расчет эффективности отстойника может быть выполнен методом математического ро-
вания. Используемые в настоящее время модели и методики не позволяют учесть форму от-
стойника и различные конструктивные особенности. В данной работе рассмотрено построе-
ние численной модели для оценки эффективности горизонтального отстойника модифициро-
ванной конструкции. В основу модели положено уравнение движения идеальной жидкости и
уравнение массопереноса. Для численного моделирования моделирующих уравнений ис-
пользуются разностные схемы. Численный расчет осуществляется на прямоугольной разно-
стной сетке. Для формирования вида расчетной области и выделения ее особенностей при-
меняется метод маркирования. Модель позволяет рассчитать процесс осветления в отстой-
нике при использовании компьютеров малой и средней мощности. Время расчета одного ва-
рианта задачи составляет несколько секунд. Представляются результаты проведенного вы-
числительного эксперимента.
Ключевые слова: численное моделирование, горизонтальный отстойник, CFD модель
Введение. Наиболее негативное влияние на водные объекты угледобываю-
щих регионов обусловлено сбросом горными предприятиями шахтных вод.
Это объясняется низким качеством шахтных вод по многим показателям,
что не соответствует современным требованиям правил охраны поверхностных
вод от загрязнения, а также масштабным влиянием процессов угледобычи на
водные объекты на протяжении длительного времени на огромной территории.
Загрязнение шахтных вод взвешенными веществами, наличие в них хлори-
дов, сульфатов, фосфатов, фторидов, ионов тяжелых металлов, железа, марган-
ца, нефтепродуктов, микроорганизмов, повышенная жесткость препятствуют
их использованию для технических и бытовых потребностей.
Исходя из этого, очевидной является необходимость поиска новых решений
с минимальными затратами для очистки шахтных вод с целью дальнейшего по-
вторного их использования для бытовых и промышленных нужд.
Горизонтальные отстойники широко используются в настоящее время в раз-
личных отраслях [5] и, в частности, в горнорудной промышленности. В Украи-
не для расчета горизонтальных отстойников применяются эмпирические моде-
ли [3,6]. Данные модели не учитывают геометрическую форму отстойника и
гидродинамику течения в сооружении. В настоящее время наиболее перспек-
тивными являются численные модели расчета процесса массопереноса в от-
стойниках [1,2]. Цель данной работы – разработка численной модели массопе-
реноса в горизонтальном отстойнике, позволяющей учитывать при моделиро-
вании геометрическую форму отстойника.
Математическая модель процесса массопереноса.
Для расчета транспорта примеси в горизонтальном отстойнике используется
осредненное по ширине сооружения конвективно-диффузионное уравнение пе-
реноса [6]
( )
( )C uC w C C
t x y
div gradC
∂ ∂ ∂ ν −
+ + + σ =
∂ ∂ ∂
= μ
. (1)
где С – концентрация примеси в воде; u, v, – компоненты вектора скорости те-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
242
чения; μ= (μх ,μy) – коэффициенты диффузии; t-время; w – скорость оседания за-
грязнителя; σ - коэффициент, учитывающий процессы агломерации и т.п. в от-
стойнике.
Для данного уравнения ставятся следующие граничные условия. На твердых
стенках, а также верхней границе реализуется граничное условие вида
0C
n
∂
=
∂
где n – единичный вектор внешней нормали к поверхности. На горизонтальных
границах в численной модели реализуется граничное условие «поглощения» за-
грязнителя, который выпадает из потока со скоростью w.
На входной границе (граница входа потока сточных вод в отстойник) ста-
вится условие:
0C C=
где 0C – известное значение концентрации загрязнителя.
На выходной границе расчетной области, в численной модели ставится мяг-
кое граничное условие, которое в численной модели записывается так
( 1, ) ( , )C i j C i j+ =
где i+1, j – номер последней (граничной) разностной ячейки.
В начальный момент времени полагается C=0 в расчетной области. Задача
переноса примеси в горизонтальном отстойнике решается на установление ре-
шения.
Модель гидродинамики. Для решения этой гидродинамической задачи -
определения поля скорости водного потока в горизонтальном отстойнике ис-
пользуются уравнения Эйлера, записанные в переменных Гельмгольца. В этом
случае моделирующие уравнения включают в себя [5]
1. Уравнение Пуассона для функции токаψ :
2 2
2 2x y
∂ ψ ∂ ψ
+ = −ω
∂ ∂
. (2)
2. Уравнение переноса завихренности v u
x y
∂ ∂
ω = −
∂ ∂
в водном потоке:
0u v
t x y
∂ω ∂ ω ∂ ω
+ + =
∂ ∂ ∂
(3)
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
243
Граничные условия: нижняя и верхняя границы расчетной области – линии
тока, поэтому на них для функции тока ставится условие вида constгрψ = , для
завихренности ω на этих границах ставится условие непротекания, которое
реализуется путем использования в дискретной модели фиктивных ячеек. На
выходной границе для данных функций в дискретной модели реализуется мяг-
кое граничное условие [4]. На входной границе задается значение завихренно-
сти (например 0ω = ), а для функции тока значение 0 y uвψ = ⋅ ( uв – скорость
втекания потока).
Начальные условия имеют вид ( )00 ,t x y=ω =ω , где 0ω – известное значение
завихренности в расчетной области, ( )00 ,t x y=ψ =ψ . В угловых точках, где до-
пускается отрыв потока, располагается источник завихренности. В дискретной
модели это реализуется с помощью маркера. Интенсивность источника завих-
ренности определяется по методике, рассмотренной в работе [4].
Метод решения. Численное интегрирование моделирующих уравнений
реализуется на прямоугольной разностной сетке. Значения концентрации при-
меси, завихренности рассчитываются в центрах разностных ячеек. Значение
функции тока определяется в узлах сетки. Компоненты вектора скорости опре-
деляются на серединах сторон разностных ячеек.
Разностные уравнения для расчета завихренности, на каждом шаге расщеп-
ления, имеют вид [4]:
- на первом шаге
1 11
2 22 1, ,,,, 1, , 1 , , 1 , 1 0
n nn n
i j i ji ji ji j i j i j i j i j i ju u
t x y
+ ++ + + + +
+ − + − −ω − ωω + ω ν ω − ν ω
+ + =
Δ Δ Δ
;
- на втором шаге
1 1 1 1 1 1
, , 1, 1, , , , 1 , 1 , 1 0
n n n n n n
i j i j i j i j i j i j i j i j i j iju u
t x y
+ + − + − + − + − +
+ + + + −ω −ω ω − ω ν ω − ν ω
+ + =
Δ Δ Δ
.
Неизвестное значение завихренности на каждом шаге расщепления опреде-
ляется по формуле бегущего счета. Эти уравнения используются для определе-
ния завихренности на временном слое tn+1.
Для численного интегрирования уравнения Пуассона будем использовать
разностную схему суммарной аппроксимации. В этом случае решение данного
уравнения расщепляется на ряд шагов:
- на первом шаге решается уравнение
1
4
2
n n
ijij ij
t
+
ψ −ψ ψ
=
Δ
;
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
244
- на втором шаге
1 1 1 11
2 2 2 22
, ,,, 1, , 1
2 2
n n n nn n
i j i ji ji j i j i j
t x y
+ + + ++
− −ψ − ψ ψ −ψψ −ψ
= − −
Δ Δ Δ
;
- на третьем шаге
3 3 3 33 1
4 4 4 44 2
, ,, , 1, , 1
2 2
n n n nn n
i j i ji j i j i j i j
t x y
+ + + ++ +
+ +ψ − ψ ψ −ψψ −ψ
= +
Δ Δ Δ
;
- на четвертом шаге
3
1 4
2
nn
ij ij ij
t
++ψ −ψ ω
=
Δ
,
где ( ), , 1, 1 1, 1 , 1
1
4i j i j i j i j i j− + − − −ω = ω + ω ω +ω .
Для численного интегрирования уравнения переноса примеси в горизон-
тальном отстойнике используется попеременно – треугольная разностная схема
[4]. Разностные соотношения данной схемы в операторном виде записываются
так [4]:
на первом шаге расщепления
1
4
k n= + :
1 ( )
2
1 ( )
4
k n
ij ij k k
x y
k n
xx yy
C C
L C L C
t
M C M C
+ +
+ +
−
+ + =
Δ
= +
на втором шаге расщепления 1 1,
2 4
k n c n= + = + :
1 ( )
2
1 ( )
4
k c
ij ij k k
x y
k k
xx yy
C C
L C L C
t
M C M C
− −
− −
−
+ + =
Δ
= +
на третьем шаге расщепления 3 1,
4 2
k n c n= + = + :
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
245
1 ( )
2
1 ( )
4
k c
ij ij k k
x y
с k
xx yy
C C
L C L C
t
M C M C
− −
− −
−
+ + =
Δ
= +
на четвертом шаге расщепления 31,
4
k n c n= + = + :
1 ( )
2
1 ( )
4
k c
ij ij k k
x y
k k
xx yy
C C
L C L C
t
M C M C
+ +
+ +
−
+ + =
Δ
= +
В данных выражениях использованы следующие обозначения разностных
операторов
1 1
1, 1, 1
1 1
1, 1, 1
1 1
, 1 , 1 1
1 1
, 1 , 1 1
1
1,( )
n n
i j ij ij i j n
x
n n
i j i j ij ij n
x
n n
i j ij ij i j n
y
n n
i j i j ij ij n
y
n
i j
x x
u C u Cu C L C
x x
u C u Cu C L C
x x
v C v Cv C L C
y y
v C v Cv C L C
y y
CC
x x
μ μ
+ + + ++
+ − + +
− + − +−
+ + − +
+ + + ++
+ − + +
− + − +−
+ + − +
+
+
−∂
≈ =
∂ Δ
−∂
≈ =
∂ Δ
−∂
≈ =
∂ Δ
−∂
≈ =
∂ Δ
∂ ∂
≈
∂ ∂
%
1 1 1
1, 1 1
2 2
1 1 1 1
, 1 , 1 1 1
2 2( )
n n n
ij ij i j n n
x xx xx
n n n n
i j ij ij i j n n
y y y yy yy
C C C
M C M C
x x
C C C CC M C M C
y y y x
μ
μ μ μ
+ + +
− − + + +
+ + + +
+ − − + + +
− −
− = +
Δ Δ
− −∂ ∂
≈ − = +
∂ ∂ Δ Δ
%
% %
и т.д. В приведенных обозначениях принято v=v-w.
Подробное пояснение к данным разностным операторам представлено в ра-
боте [4]. Значение концентрации загрязнителя на каждом шаге расщепления
определяется по явной формуле «бегущего счета».
Формирование формы горизонтального отстойника на прямоугольной раз-
ностной сетке осуществляется с помощью метода маркирования [4].
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
246
Практическая реализация модели.
На основе разработанной CFD модели создан код “Отстойник”, реализо-
ванный на алгоритмическом языке FORTRAN.
Построенная CFD модель была использована для моделирования процесса
массопереноса в горизонтальном отстойнике без перегородки (рис.1) и с пере-
городкой (рис.3). Цель моделирования – оценка влияния размеров перегородки
на эффективность осветления воды в отстойнике.
Рисунок 1 – Схема горизонтальногог отстойника без перегородки.
Рисунок 2 – Распределение концентрации загрязнителя
в горизонтальном отстойнике без перегородки
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
247
Рисунок 3 – Распределение концентрации загрязнителя
в горизонтальном отстойнике с короткой перегородкой
Рисунок 4 – Распределение концентрации загрязнителя
в горизонтальном отстойнике с длинной перегородкой
Расчет выполнен при таких параметрах: размеры расчетной области 8м*2.8м,
коэффициент диффузии 0.007 м2/с; w=0.0007 м/с; σ =0; скорость потока на вхо-
де в отстойник равна 0.01 м/с. Концентрация загрязнителя во входящем в от-
стойник потоке принята равной 100ед (в безразмерном виде). Рассматривается
процесс осветления воды в отстойнике без пластины (рис.1) и в отстойнике
имеющем короткую перегородку (длина перегородки 0.79м) и длинную перего-
родку, длиной 1.46м. Перегородка располагается на расстоянии 0.64м от входа
в отстойник.
Результаты расчета процесса осветления воды в отстойнике показаны на
рис.2 – 4. Печать чисел на рисунках выполнена по формату «целое число», т.е.
дробная часть числа не выдается на печать.
Как видно из рис.2 - 4, распределение концентрации загрязнителя внутри
отстойника - практически равномерное. Неравномерность распределения кон-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
248
центрации примеси наблюдается в двух зонах: в зоне, прилегающей к пластине
и внутри приямка.
Выбранный формат представления результатов вычислительного экспери-
мента позволяет быстро оценить величину концентрации примеси на выходе из
отстойника:
- для отстойника без перегородки концентрация примеси на выходе соста-
вит С=11% (рис.2);
- для отстойника с короткой перегородкой концентрация примеси на вы-
ходе С=7% (рис.3);
- для отстойника с длинной перегородкой концентрация примеси на выхо-
де С=5% (рис.4).
Хорошо видно, что при использовании длиной перегородкой концентрация
С=7%, которая соответствует выходной концентрации для отстойника с корот-
кой перегородкой, достигается на расстоянии порядка 2м до выхода из отстой-
ника. Это значит, что путем изменения длины перегородки имеется возмож-
ность изменять эффективность осветления воды в отстойнике.
В заключение следует отметить, что, что для расчета одного варианта зада-
чи потребовалось 3 минут компьютерного времени. Таким образом, для реше-
ния сложной задачи осветления воды в отстойнике, имеющем сложную гео-
метрическую форму, требуются небольшие затраты времени.
Выводы. В работе представлена новая CFD модель для расчета процесса
осветления воды в горизонтальных отстойниках. Модель дает возможность
рассчитывать процесс массопереноса с учетом сложной геометрической формы
очистного сооружения. Дальнейшее совершенствование рассмотренной в пред-
ложенной модели необходимо проводить в направлении ее развития для моде-
лирования трехмерного процесса переноса примеси в горизонтальных отстой-
никах.
_____________________________
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беляев, Н.Н. Математическое моделирование массопереноса в отстойниках систем водоотве-
дения / Н.Н. Беляев, Е.К. Нагорная. – Днепропетровск: Нова ідеологія, 2012. – 112 с.
2. Беляев, Н.Н. К расчету вертикального отстойника на базе CFD модели / Н.Н. Беляев, Е.К. На-
горная // Вісник Нац. ун-ту водного господарства та природокористування. – Рівне, 2012. – №1 (57). –
С. 32-41.
3. Василенко, О.А. Водовідведення та очистка стічних вод міста. Курсове і дипломне проекту-
вання. Приклади та розрахунки: Навчальний посібник. / О.А. Василенко, С.М. Епоян – Київ – Харків:
КНУБА, ХНУБА, ТО Ексклюзив, 2012. – 540 с.
4. Численное моделирование распространения загрязнения в окружающей среде / М. З. Згуров-
ский, В. В. Скопецкий, В. К. Хрущ, Н. Н. Беляев. – К.: Наук. думка, 1997. – 368 с.
5. Кочетов О.С. Горизонтальный отстойник / О.С. Кочетов, М.О. Стареева (RU 2438992)
6. Ласков, Ю.М. Примеры расчетов канализационных сооружений: Учеб. пособие для вузов. /
Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов, В.И. Калицун – М.: Высшая школа, 1981. – 232 с.
7. Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа. / Л.Г. Лойцянский - М.: Наука, 1978. – 735 с.
8. Марчук, Г. И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. / Г.И. Марчук
– М.: Наука, 1982. – 320 с.
REFERENCES
1. Biliaiev N.N. and Nagornaya E.K. (2012), Matematicheskoe modelirovanie massoperenosa v ot-
stoynikakh sistem vodootvedeniya [Mathematical sumulation of mass-transportation in otstoynykakh of the
systems of water-otvedeniye], Nova ideologiya, Dnepropetrovsk, Ukraine.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
249
2. Biliaiev N.N. (2012), "To the calculation of vertical otstoynik on the base of the CFD model", Visnyk
Nats. un-tu vodnogo gospodarstva ta prirodokoristuvannya, – no 1 (57). – pp. 32-41.
3. Vasilenko O.A. and Epoyan S.M. (2012), Vodovidvedennya ta ochystka stichnikh vod mista. Kursove
i diplomne proektuvannya. Pryklady ta rozrakhunki: Navchalniy posibnik [Overflow-pipe and cleaning of
flow waters of city. Course and diploma planning. Examples and calculations: Train aid.], – KNUBA,
HNUBA, TO Eksklyuziv, Kyiv – Kharkiv, Ukraine.
4. Zgurovskiy M.Z., Skopetskiy V.V., Hrushch V.R. and BelyaevN.N. (1997) Chislennoe modelirovanie
rasprostraneniya zagryazneniya v okruzhayuschey srede [Numeral simulation of distribution of contamina-
tion in an environment], – Nauk. dumka, Kiev, Ukraine.
5. Kochetov O.S. and Stareeva M.O. Gorizontalnyiy otstoynik (RU 2438992)
6. Laskov Yu.M., Voronov Yu.V. and Kalitsun V.I. (1981), Primery raschetov kanalizatsionnykh
sooruzheniy: Ucheb. posobie dlya vuzov [Examples of calculations of sewage buildings: Studies. manual for
institutes of higher], Vysshaya shkola, Moscow, SU.
7. Loytsyanskiy L. G. (1978), Mekhanika zhidkosti i gaza [Mechanics of liquid and gas], Nauka, Mos-
cow, SU.
8. Marchuk G. I. (1982), Matematicheskoye modelirovaniye v probleme okruzhayuschey sredy [Mathe-
matical simulation in the problem of environment], Nauka, Moscow, SU.
_____________________________
Об авторах
Беляев Николай Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Гидравлика и
водоснабжение» Государственного высшего ученого заведения Днепропетровского национального
университета железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна (ГВУЗ «ДНУЖТ
им. В. Лазаряна»), Днепропетровск, Украина.
Гунько Елена Юрьевна, канд. техн. наук, доцент кафедры «Гидравлика и водоснабжение» Госу-
дарственного высшего ученого заведения Днепропетровского национального университета железно-
дорожного транспорта имени академика В. Лазаряна (ГВУЗ «ДНУЖТ им. В. Лазаряна»), Днепро-
петровск, Украина.
Козачина Виталий Анатольевич, ассистент кафедры «Гидравлика и водоснабжение» Государс-
твенного высшего ученого заведения Днепропетровского национального университета железнодо-
рожного транспорта имени академика В. Лазаряна (ГВУЗ «ДНУЖТ им. В. Лазаряна»), Днепропет-
ровск, Украина.
About the authors
Bielaev Nikolai Nikolaievich, Doctor of Technical Sciences (D.Sc), professor, head of the department
«Gydraulics and water supply» of Dnepropetrovsk State higher educational establishment «National univer-
sity of railway transport named after V. Lazaryan (SHEE «DNURT named after V. Lazaryan») of Minis-
try of Education and Sciense of Ukraine (NMU), Dnepropetrovsk, Ukraine.
Gunko Elena Juriyevna, Candidate of Technical (Ph.D), Associate Professor of the department «Gy-
draulics and water supply» of Dnepropetrovsk State higher educational establishment «National university of
railway transport named after V. Lazaryan (SHEE «DNURT named after V. Lazaryan») of Ministry of
Education and Sciense of Ukraine (NMU), Dnepropetrovsk, Ukraine.
Kozachyna Vitaly Anatolievich, Master of Science, assistant of the department «Gydraulics and water
supply» of Dnepropetrovsk State higher educational establishment «National university of railway transport
named after V. Lazaryan (SHEE «DNURT named after V. Lazaryan») of Ministry of Education and
Sciense of Ukraine (NMU), Dnepropetrovsk, Ukraine.
_____________________________
Анотація. Горизонтальні відстійники є одним з найважливіших елементів в технологіч-
ній схемі очищення шахтних вод. Їх застосування пов'язане з можливістю пропуску досить
великих об'ємів стічних вод. При реконструкції або проектуванні горизонтальних відстійни-
ків виникає відповідальне завдання за оцінкою їх ефективності. Розрахунок ефективності
відстійника може бути виконаний методом математичного моделювання. Використовувані
нині моделі і методики не дозволяють врахувати форму відстійника і різні конструктивні
особливості. У цій роботі розглянута побудова чисельної моделі для оцінки ефективності го-
ризонтального відстійника модифікованої конструкції. У основу моделі покладено рівняння
руху ідеальної рідини і рівняння масопереносу. Для чисельного моделювання моделюючих
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
250
рівнянь використовуються різницеві схеми. Чисельний розрахунок здійснюється на прямоку-
тній різницевій сітці. Для формування виду розрахункової області і виділення її особливос-
тей застосовується метод маркування. Модель дозволяє розрахувати процес освітлення у від-
стійнику при використанні комп'ютерів малої і середньої потужності. Час розрахунку одного
варіанту завдання складає декілька секунд. Видаються результати проведеного обчислюва-
льного експерименту.
Ключові слова: чисельне моделювання, горизонтальний відстійник, CFD модель.
Abstract. Horizontal settlers are one of the most important elements in technological scheme of
the mine water purification. Their use is associated with possibility to pass a sufficiently large vol-
ume of wastewater. When remodeling or designing horizontal tanks there is an important task to
evaluate their effectiveness. A settler efficiency can be calculated by mathematical modeling. Cur-
rently used models and methods do not allow to take into account the settler shape and specific de-
sign features. In this paper, we consider construction of a numerical model to evaluate effectiveness
of a horizontal settler modified structure. The model is based on equations of ideal fluid motion and
mass transfer equation. For numerical simulation the finite difference schemes are used. The nu-
merical calculation is carried out on a rectangular computational grid. Markers are used for forma-
tion of a computational domain. The model allows to calculate the clarification process in the settler
using computers small and medium power. Calculation time for one variant of the problem is few
seconds. Results of a computational experiment are presented.
Keywords: numerical simulation, horizontal settler, CFD model.
Статья поступила в редакцию 6.01.2014
Рекомендовано к публикации д-ром техн. наук В.Г. Шевченко
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
251
УДК 622.063.7/ 622-1/-9
К.М. Басс, канд. техн. наук, доцент,
В.В. Кривда, аспирант
(ГВУЗ «НГУ»)
Д.В. Швец, инженер
(ГП «ГПИ «Кривбасспроект»)
Е.С. Левченко, аспирант
(ИГТМ НАН Украины)
ЗАВИСИМОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ПЛОЩАДОК
ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МЕХАНИЗМА ИЗМЕНЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ
ЦЕНТРА МАСС НА КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛАХ
К.М. Бас, канд. техн.. наук, доцент,
В.В. Кривда, аспірант
(ДВНЗ «НГУ»)
Д.В. Швець, інженер
(ДП «ДПІ «Кривбаспроект»)
Е.С. Шевченко, аспірант
(ІГТМ НАН України)
ЗАЛЕЖНІСТЬ ЗМІНИ ПАРАМЕТРІВ РОБОЧИХ МАЙДАНЧИКІВ
ПІД ЧАС ЗАСТОСУВАННЯ МЕХАНІЗМУ ЗМІНИ ПОЛОЖЕННЯ
ЦЕНТРУ МАС НА КАР'ЄРНИХ АВТОСАМОСКИДАХ
K.M. Bass, Ph. D., Associate Professor,
V.V. Krivda, Doctoral Student
(SHEI «NMU»)
D.V. Shvets, Master of Science
(SP «SPI «Krivbassproekt»)
E.S. Levchenko, Doctoral Student
(IGTM NAS of Ukraine)
DEPENDENCE OF CHANGE WORKFLOW SETTINGS PLAYGROUNDS
IN APPLYING THE MECHANISM OF CHANGES CENTER OF MASS IN
THE PIT DUMP TRUCKS
Аннотация. В статье представлен анализ плана горных работ Первомайского карьера
ПАО «СевГОКа» и паспорта добычных работ, который показал, что в карьере применяют
кольцевую и тупиковую схемы маневрирования карьерных автосамосвалов. Выполнены
расчеты параметров рабочих площадок в зависимости от ширины заходки экскаватора и
схем маневрирования автосамосвала при тупиковом забое, нормальной и узкой заходке.
Обосновано, что в узких забоях в стесненных условиях проблема маневрирования остается
актуальным вопросом, так как ширина заходки меньше рабочего радиуса разворота карьер-
ного автосамосвала. Предложено проблему маневрирования автотранспорта на рабочих
площадках решать с помощью усовершенствованных конструкций автосамосвалов БелАЗ-
7512. Результаты исследований показали, что при изменении межосевого расстояния базы
радиус поворота автосамосвала уменьшается на 23,1 %, что позволяет уменьшить ширину
рабочей площадки в стесненных условиях при тупиковом развороте до 7 % и при кольцевом
на 14,5 %. .
© К.М. Басс, В.В. Кривда, Д.В. Швец, Е.С. Левченко, 2014
|