Yöntem makalesi

Serbest Yüzeyli Hiperbolik Su Girdaplarının Hazırlanması

5.6K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/64516

⸱

28 Temmuz 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Wetsus - Centre of Excellence for Sustainable Water Technology, 2Water Technology Research Group, NHL Stenden University of Applied Sciences, 3Optical Sciences Group, Faculty of Science and Technology (TNW), University of Twente, 4Institute for Thermal Turbomachinery and Machine Dynamics, Graz University of Technology, 5Department of Electrical Engineering, Electrical Energy Systems group, Eindhoven University of Technology

Bu makalede

Özet

Bu makale, hiperbolik bir Schauberger hunisinde üç farklı su girdabı rejiminin nasıl oluşturulabileceğini, bunların en önemli özelliklerini ve oksijen transfer hızları gibi ilişkili parametrelerin nasıl hesaplanabileceğini açıklamaktadır.

Özet

Serbest yüzey girdapları endüstride akış regülasyonu, enerji dağılımı ve enerji üretiminde bulunur. Kapsamlı bir şekilde araştırılmasına rağmen, özellikle arayüzdeki türbülans ile ilgili olarak, serbest yüzey girdapları ile ilgili ayrıntılı deneysel veriler eksiktir. Bu makale, ilk olarak 1960'larda Walter Schauberger tarafından önerilen, benzer sistemlerin değerini aşan bir oksijen hacimsel kütle transfer katsayısına sahip özel bir serbest yüzey girdabı türü hakkında bilgi vermektedir. Bu özel girdap türü hiperbolik bir hunide oluşur. Farklı kararlı rejimler, farklı hidrolik özelliklerle stabilize edilebilir. Bu teknolojinin diğer avantajları, enerji verimliliği, basit tasarımı ve ölçeklenebilirliğidir. Bu hiperbolik hunideki akış, güçlü türbülans ve hava-su arayüzünün artan yüzey alanı ile karakterize edilir. Yerel basınç, yüzey boyunca güçlü bir şekilde değişir ve belirgin bir dalgalı hava-su sınır tabakası ile sonuçlanır. Sarmal akış nedeniyle, bu bozulmalar içe doğru hareket eder ve sınır tabakasını onlarla birlikte çeker. Ortaya çıkan basınç gradyanı, su girdabına belirli bir hava hacmi çeker. Bu çalışmada, üç farklı kararlı rejim için yüksek hızlı görselleştirme de dahil olmak üzere temel hiperbolik huni kurulumunun ve operasyonel örneklerin oluşturulması sunulmaktadır.

Giriş

Hayatlarımız sarmal yapılarla yakından bağlantılıdır. Kabukların ve ammonitlerin yapısı ve kasırgaların, kasırgaların ve girdapların oluşumu da dahil olmak üzere hemen hemen her şeyde ve her yerde bulunurlar 1,2. Kozmolojik ölçekte, galaksiler logaritmik spiral3 ilkesine göre oluşur ve gelişir. En iyi bilinen spiraller, bitki büyümesini ve belirli katıların kristalografik yapısını tanımlamaktan bilgisayar veritabanı arama algoritmaları geliştirmeye kadar birçok uygulamaya sahip olan altın ve Fibonacci spiralleri4'tür. Fibonacci dizisi, 0 ve 1 ile başlayan ve önceki ikisinin toplamına karşılık gelen sonraki sayılara sahip sayısal bir dizi olarak karakterize edilir. Bu dizi, tavşanların üreme hızını sayarken de bulunabilir. Spiraller, Kolombiya ve Avustralya'da (MÖ 40.000-20.0001) bulunan eşmerkezli daireler gibi Homo sapiens tarafından çizilen en eski geometrik şekillerden bazılarıdır. Leonardo da Vinci5, spiral bir bıçak kullanarak helikopter şeklinde bir uçan makine yaratmaya çalıştı (Yunanca ἕλιξ πτερόν veya sarmal pteron, spiral kanat anlamına gelir). Aynı prensibi takiben, bir uçak tasarımcısı olan Igor Sikorsky, 450 yıl sonra seri üretimde ilk helikopteri inşaetti 6.

Diğer birçok örnek, sarmal akış yapılarının çok verimli ve masraf tasarrufu sağlayabileceğine işaret etmektedir, çünkü bu tür akış doğada tercihen görülmektedir. 20. yüzyılın başında Avusturyalı ormancı ve filozof Viktor Schauberger bunu fark etti. İnsanların doğayı düzeltmeye çalışmak yerine onu incelemesi ve ondan öğrenmesi gerektiğini söyledi. Fikirlerine dayanarak, keresteyi yüzdürmek için oldukça sıra dışı kütük oluklar inşa etti; Kanallar iki nokta arasındaki en düz yolu izlemedi, vadilerin ve akarsuların kıvrımlarını takip etti. Bu tasarım, suyun kendi ekseni boyunca spiral şeklinde bükülerek akmasını sağladı, böylece bir girdap oluşturdu, bu da kullanılan su miktarını azalttı ve normal kabul edileni önemli ölçüde aşan bir taşıma hızı üretti7.

Babasının ayak izlerini takip eden Viktor'un oğlu Walter, su girdabı8'i çeşitli amaçlar için kullanarak yeni teknolojiler geliştirdi: içme suyunun arıtılması, endüstriyel süreç, göletlerin ve su yollarının restorasyonu, göletlerin ve küçük göllerin oksijenlenmesi ve nehir düzenlemesi ve restorasyonu. Bu fikirlerden biri son zamanlarda büyük ilgi görmüştür, yani bir girdabın herhangi bir karıştırma cihazı olmadan sadece su akışıyla oluşturulduğu hiperbolik bir huni8 kullanılarak su arıtma. Yeraltı sularında demiri oksitlemek için çok etkili bir yöntem olduğu kanıtlanmıştır 9,10. Bu teknolojinin bir sınırlaması, düşük pH'lı su için daha az verimli olmasıdır11.

Hollanda'da büyük miktarlarda içme suyu, demir konsantrasyonunun litre başına birkaç on miligramaulaşabildiği yeraltı kaynaklarından12 elde edilir 13, oysa 0,2 mg/L standartlar tarafından kabul edilebilir14 olarak kabul edilir. Çoğu içme suyu tesisi, su arıtma işlemindeki demir konsantrasyonunu azaltmak için ilk adımlardan biri olarak havalandırmayı kullanır. Çoğu durumda, havalandırmanın amacı çözünmüş oksijen içeriğini arttırmak, gazları ve diğer ilgili maddeleri sudan uzaklaştırmak veya her ikisini birden yapmaktır15. Havalandırmanın oksijeni sıvı ortama sokabileceği çeşitli yöntemler vardır. Bu yöntemler, bir karıştırıcı veya türbin kullanarak sıvı yüzeyinin çalkalanmasını ve makroskopik deliklerden veya gözenekli malzemelerden havanın serbest bırakılmasınıiçerir 16.

Demir oksidasyonunun kimyasal süreci, bir oksijen molekülünün demirli demirden bir elektron aldığı ve demir iyonu oksitlenirken su oluşturmak için serbest bir protonla reaksiyona girdiği van de Griend17 tarafından gösterilmiştir (denklem [1]):

figure-introduction-1, (1)

Demir iyonu daha sonra Fe(OH)3 protonları serbest bırakan su ile reaksiyonu nedeniyle çökelir (denklem [2]):

figure-introduction-2(2)

Toplam reaksiyon denklem (3) ile verilir:

figure-introduction-3.     (3)

Havalandırmada en sık uygulanan teknikler kaskad, kule, sprey ve plakalı havalandırma sistemleridir18,19

figure-introduction-4

figure-introduction-5

figure-introduction-6

figure-introduction-7

figure-introduction-8

Protokol

1. Genel öneriler

  1. Kuruluma başlamadan önce tüm boru bağlantılarında sızıntı olup olmadığını kontrol edin.
  2. Huni kapağının yerinde ve sağlam olduğunu kontrol edin.
  3. Yeraltı suyundaki yüksek demir konsantrasyonu nedeniyle sararabileceğinden, her deneyden önce ve sonra huniyi bir fırça ve cam temizleyici ile temizleyin.

2. Deney düzeneği

  1. Su girdabı sistemi (Şekil 3)
    1. Cam huniyi (Şekil 4) özel bir çerçeve üzerinde dikey konumda güvenli bir şekilde sabitleyin - dört ayaklı bir tahta ve ortada bir yuva, huninin silindirik kısmının çapına karşılık gelir ve huninin sığabileceği kadar büyük, ancak düşemeyecek kadar büyük değil. Çerçeveyi sallanmayacak şekilde güvenli bir şekilde sabitleyin.
    2. Sızıntıları önlemek için kapak ile huni arasına lastik bir conta koyun. Huni kapağını takın ve cıvataları kullanarak sıkın.
    3. Yeraltı suyu pompasını, hortumları ve hortum bağlantılarını kullanarak huninin üst silindirik kısmındaki teğetsel girişe bağlayın.
    4. Pompa ve huni arasındaki su akış hızını ayarlamak için özel bir kontrol vanası bağlayın. Kontrol vanası ile huni arasına bir su debimetresi bağlayın.
    5. Huninin çıkışını bir hortumla gidere bağlayın. Drenaj hortumuna, huninin çıkışına yakın bir yerde, ünitenin çalışması sırasında geri basınç oluşturmak için bir kelepçe takın.
      NOT: Kelepçe, deneyler için gerekli diğer tüm adaptör ve konektörlerden hemen sonra takılmalıdır.
  2. İzleyici deneyleri için sistem (Şekil 3)
    1. Probları giriş ve çıkışın yakınına takmak için özel adaptörler takın. pH problarını bu adaptörlere takın ve bunları veri kaydediciye bağlayın.
    2. HRT hesaplamalarında hatayı azaltmak için sensörleri huniye mümkün olduğunca yakın kurun.
    3. Jetin su akışına enjekte edilen kimyasal izleyici olarak kullanılmak üzere 1 mL NaOH çözeltisi (konsantrasyon: 0.2 M) hazırlayın.
      NOT: Sodyum hidroksit sulu çözeltisi güçlü bir baz olduğundan, pH30'da tepe benzeri bir artış olarak gösterilir.
    4. Girişin yakınındaki pH probundan önce bir valf ve bir şırıngadan oluşan izleyici enjeksiyon sistemini bağlamak için üç açıklığı olan bir adaptör takın.
  3. Çözünmüş oksijen deneyleri için sistem (Şekil 3)
    1. İki oksijen sensörü noktasını iki farklı cam adaptörün iç duvarına yapıştırın, huninin giriş ve çıkışına mümkün olduğunca yakın yerleştirin ve su boru hattına bağlayın.
      NOT: Çalışma sırasında su, etiketleri tamamen örtmelidir.
    2. Cam adaptörü, oksijen sensörü noktası huninin giriş ve çıkışına yakın olacak şekilde takın ve polimer optik fiberin ucunu (2 m uzunluğunda) camın diğer tarafındaki etiketin üzerine sabitleyin.
    3. Su sıcaklık sensörünü, pH probu ile aynı adaptördeki huni girişinin yanına kurun. DO ölçümlerini ilişkilendirmek için su sıcaklığı kullanıldığından, fibere yakın olduğundan emin olun.
    4. Polimer optik fiber ve sıcaklık sensörünü fiber optik oksijen vericisine bağlayın.
    5. Fiber optik oksijen vericisini, çözünmüş oksijen konsantrasyonu ve su sıcaklığı ile ilgili sensörden gelen sinyali görüntülemek için özel yazılımın yüklü olduğu bir dizüstü bilgisayara bağlayın.

3. Operasyon (orta huni)

  1. Girdap rejimleri
    1. Akış ölçeri açın. Yeraltı su pompasını çalıştırın ve kontrol vanasını tamamen açın. Su akışının, bir su girdabı oluşturmak için gereken maksimum akıştan önemli ölçüde daha yüksek olduğundan emin olun (orta huni için 1338 L/s).
    2. Kontrol vanasını çevirerek su akışının istenen değerini ayarlayın. Gerekirse, hunide suyun tıkanmasına izin vermek için kelepçeyi huninin çıkışına yakın bir yerde sıkın, bu da huninin üst silindirik kısmında su seviyesinin yükselmesine neden olur.
    3. Farklı rejimler ayarlamak için, huninin üst silindirik kısmındaki su akışının ve su seviyesinin değerlerini ayarlayın (Tablo 1), bir deneyde sırayla. Su girdabının stabilitesini 15 dakika boyunca kontrol edin. Kararlı modda, su seviyesi değişmemelidir.
      1. Bükümlü rejim için debiyi 1194 L/s'ye, su seviyesini 2 cm'ye, debiyi 1218 L/s'ye ve su seviyesini 5 cm'ye ayarlayın.
      2. Düz rejim için akış hızını 1314 L/s'ye, su seviyesini 11 cm'ye, akış hızını 1338 L/s'ye ve su seviyesini 11,7 cm'ye ayarlayın.
      3. Kısıtlı rejim için, bükülmüş ve düz rejimlerin aksine, kelepçeyi huninin çıkışına yakın bir yerde sıkarak geri basınç oluşturun. Akış hızını 882 L/s'ye, su seviyesini 3 cm'ye, akış hızını 936 L/s'ye ve su seviyesini 9 cm'ye ayarlayın.
  2. İzleyici deneyi
    1. Bir veri kaydedici kullanarak, elde edilen verilerin geçerliliğini ve doğruluğunu sağlamak için pH problarını kalibre edin.
      1. Biri çalışma aralığının pH'ından (6-10) daha yüksek bir pH'a ve diğeri çalışma aralığının pH'ından daha düşük bir pH'a sahip iki standart çözelti hazırlayın. Değerlerini veri kaydedicide ayarlayın ve kalibrasyon sırasında tek tek ölçün. Bundan sonra, veri kaydedici pH problarını kalibre eder.
      2. pH problarını huninin girişine ve çıkışına takın, veri kaydediciye bağlayın ve kayıt modunu başlatın.
    2. Kurulumu başlatın.
      1. Kurulumu başlatın ve su girdabının sabit olduğundan emin olun.
      2. Şırıngayı hazırlanan izleyici NaOH karışımı ile doldurun ve izleyici enjeksiyon hattına bağlayın. Enjeksiyon sistemindeki valfi hızla sökün, izleyici sıvıyı enjekte edin ve ardından valfi hızla vidalayın.
    3. Kaydetme ve analiz işlemlerini gerçekleştirin.
      1. PH stabilize olduğunda, izleyici sıvının bir cam huniden geçişi sırasında kaydedilen pH tepe noktalarını kaydedin.
      2. HRT hesaplaması için önceki bir çalışmada22 açıklandığı gibi giriş ve çıkış tepe noktalarını analiz edin. Bunu yapmak için, geri sayım için ilk zirvenin başındaki noktayı alın ve geri sayımın sonu için onu eşit alanlı iki şekle bölen ikinci zirvedeki noktayı alın.
  3. Deney yap
    1. Bir dizüstü bilgisayar ve fiber optik oksijen vericisi ile yazılım kullanarak çözünmüş oksijen sensörünü kalibre edin. İki sıvı kullanın: biri oksijensiz (0,1 L su ve 1 g sodyum sülfit karıştırın) ve diğeri oksijene doymuş (bunu yapmak için 15 dakika hava ile havalandırın). Ardından, yazılımda kalibrasyon işlevini seçin ve her iki sıvıyı da sırayla ölçün.
    2. Kurulumu ve kaydı gerçekleştirin.
      1. Çözünmüş oksijen sensörünü huninin girişine ve çıkışına takın. Ek olarak, sıcaklık sensörünü huni girişinin yakınına kurun. Bunları fiber optik oksijen vericisine bağlayın ve kayıt modunu başlatın.
      2. Kurulumu başlatın ve su girdabının sabit olduğundan emin olun. DO konsantrasyonunun değerinin sabit olduğu moda ulaşın ve verileri kaydedin.
        NOT: Okumalar kararlı değilse, veriler geçerli değildir ve deney tekrarlanmalıdır.

Sonuçlar

Schauberger hiperbolik hunisindeki su girdabı farklı rejimlerde (bükülmüş, düz ve sınırlı) oluşur (Şekil 1). Sonuç olarak, su atmosferik oksijenle zenginleştirilir ve sudaki kimyasal türlerin oksidasyonu teşvik edilir. Sistem, hiperbolik huninin üst kısmına su pompalamak dışında enerji gerektirmez.

Bükülmüş rejim, çift sarmal bir şekle ve su ile hava arasındaki en büyük arayüze sahiptir. Oluşturulması için ortalama bir su akışı uygulamak gerekir (küçük huni için 75-78 L/s, orta huni için 1.194-1.218 L/s ve büyük huni için 4.834-5.032 L/s). Huninin üst silindirik kısmındaki yüksekliği küçük huni için 2 cm'den, orta huni için 7 cm'den ve büyük huni için 16 cm'den fazla olmamalıdır.

Düz rejim, pürüzsüz düz bir şekle ve su ile hava arasında daha küçük bir arayüze sahiptir. Bu rejim maksimum su akışı gerektirir (küçük huni için 93-100 L/s, orta huni için 1.314-1.338 L/s ve büyük huni için 5.102-5.289 L/s). Yüksekliği tüm hunilerin kapağına ulaşabilir.

Su seviyesine bağlı olarak, kısıtlı rejim hem bükülmüş hem de düz girdaplar şeklini alabilir. Bununla birlikte, bu rejimin özelliği, basınç uygulanmayan önceki modlardan farklı olarak, uzunluğunun geri basınç uygulamasına bağlı olarak değişmesidir. Ayrıca huninin tepesinde oluşur; Bununla birlikte, artan geri basınçla kuyruğu kısalmaya başlar ve girdap yavaş yavaş alt kısımdan kaybolur. Su akışı son derece küçüktür (küçük huni için 58-70 L/s, orta huni için 882-936 L/s ve büyük huni için 2.351-2.634 L/s) ve yüksekliği huni geometrisine bağlı olarak hem minimum hem de maksimum olabilir.

Farklı rejimler, su akış hızına, karşı basınca ve sistem geometrisine bağlı olarak stabilize edilebilir ve birbirine dönüştürülebilir. Su akış hızı, oksijen hacimsel kütle transfer katsayısı ve standart oksijen transfer hızı gibi parametreler havalandırma verimliliğini karakterize eder. Düşük su akış hızına sahip bükülmüş girdap için, KLA 20'nin en yüksek olduğu (Şekil 4), düz ve kısıtlı rejimler içinKLA20'den birkaç kat daha yüksek ve göllerin ve nehirlerin havalandırılması için de kullanılan geleneksel sistemler için aynı göstergeden onlarca kat daha yüksek olduğu görülebilir (Air Jet, Çark, Kürek) ve çok daha fazla enerji yoğundur. Su akışındaki artışlarla birlikte,KLA20 kademeli olarak azaldı, ancak su seviyesi, yani sistemdeki su hacmi arttı. Bir eşik değerinden sonra, bükülmüş rejim düz rejime geçti. Her rejim için, hacimlerinin ve hidrolik parametrelerinin değişmediği sabit koşullar vardı.

Bununla birlikte, küçük, orta ve büyük huniler için benzer rejimleri karşılaştırırken, sistemlerin su akış hızları ve hacimleri arasındaki farklar önemliydi. Bununla birlikte, aynı zamanda, KL a20 değerlerinin oranları çok fazla değişmedi. Bükümlü rejimde küçük huni için maksimum 83 h-1, orta huni için 60 h-1 ve büyük huni için 79 h-1 değerlerine ulaşıldı.

Aynı zamanda,KLA20 artan su akışıyla azaldığında, MRT arttı, bu da Donepudi24 tarafından ayrıntılı olarak açıklandığı gibi, suyun huniden geçmesinin daha fazla zaman aldığını gösteriyor. Bununla birlikte, KLa20'ye gelince, MRT'nin değeri, farklı hunilerdeki bükümlü ve düz rejimler için yaklaşık olarak aynıydı. MRT, küçük huni için 10 sn ila 43 s, orta huni için 14 s ila 30 s ve büyük huni için 24 s ila 43 s arasında değişmiştir (Tablo 1).

figure-results-1
Şekil 1: 26 cm yüksekliğinde bir cam hiperbolik Schauberger hunisindeki su girdabı rejimleri. (A) Bükülmüş (75 L/s), (B) düz (100 L/s), (C) kısıtlı (70 L/s). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2: 94 cm yüksekliğinde bir cam hiperbolik Schauberger hunisindeki su girdabı rejimleri. (A) Bükülmüş (1.194 L/s), (B) düz (1.314 L/s), (C) kısıtlı (882 L/s). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-3
Şekil 3: Protokol adımları 3.1-3.3'te açıklanan deneyler için kullanılan kurulumun taslağı. (1) Yeraltı suyu pompası; (2) kontrol vanası; (3) su debimetresi; (4, 5) çözünmüş oksijen tespiti için polimer optik fiberler; (6, 7) pH probları; (8) sıcaklık sensörü; (9) izleyicili şırınga; (10) valf; (11) Schauberger hiperbolik hunisi; (12) fiber optik oksijen vericisi; (13) dizüstü bilgisayar; (14) veri kaydedici; (15) kelepçe; (16) su tahliyesi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-4
Şekil 4: Büyük huni kurulumunun fotoğrafı. (1) Yeraltı suyu rezervuarı; (2) su pompası; (3) su debimetresi; (4) izleyicili şırınga; (5, 6) oksijen sensörü spotlu cam adaptörler; (7), (8) pH probu; (9) Schauberger hiperbolik hunisi; (10) su tahliyesi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

HuniRejimφ (Sol/saat)HRT (ler)MRT (ler)KLa20 (h-1)V (L)Seviye (cm)Cgirişi (mg/L)Cçıkışı (mg/L)SOTR (g O2/h)SAE (g O2/kWh)
KüçükBükülmüş751015830.20.50.01.80.22801
782024410.420.01.90.22932
Düz933124250.840.01.80.22688
1004332181.260.01.70.22635
Sınırlı581823140.310.00.60.0872
70533121.050.00.30.0459
OrtaBükülmüş11941413604.520.01.82.4784
12181919376.350.01.62.1667
Düz131429291810.7110.01.21.8509
133830311811.011.70.01.21.8500
Sınırlı8822124175.130.00.90.8348
936373659.790.00.50.4180
BüyükBükülmüş483424237932110.74.122.91113
503234265248160.64.022.61054
Düz51023829315419.50.73.015.0690
52894330196422.50.62.310.8479
Sınırlı23515843163870.62.65.5557
26349550770190.62.04.2380

Tablo 1: Küçük (Şekil 1), orta (Şekil 2) ve büyük huniler için temel hidrolik özellikler ve havalandırma verimliliği parametreleri. 

Tartışma

Yeraltı suyu pompası çok güçlüyse ve sistem basıncı tutamıyorsa, azaltmak için kontrol vanasından önce ek bir tahliye eklenebilir. Güvenilir sonuçlar için sensörlerin kalibre edilmesi ve hızlı problar sağlamak için izleyici deneyi çok önemlidir. Problar yavaşsa, bu HRT ölçümlerini bozacaktır. Ayrıca, HRT, düz rejim için MRT'den çok daha küçükse, bu, huniye teğetsel girişin su seviyesinin önemli ölçüde altında olduğunu ve izleyici sıvının bir kısmının huniye girdikten sonra drenaja indiğini ve böylece HRT'de bir azalmaya neden olduğunu gösterebilir.

Hiperbolik bir Schauberger hunisindeki su girdabı, su akış hızına çok duyarlıdır. Sistem ne kadar küçükse, akış değişikliklerine o kadar bağlıdır. Rejim stabil ise, hunideki su seviyesi zamanla değişmemelidir. Aksi takdirde, yükselecek veya düşecektir. Bu nedenle, su taşmasını, huni içindeki artan basınç nedeniyle çatlakları veya istenmeyen bir rejim değişikliğini önlemek için su seviyesine dikkat etmeye değer.

Girdabın rejimini (protokol adımları 3.1.3.1-3.1.3.3) ve kararlılığını belirlemek için huninin şeffaf olması avantajlıdır. Bu nedenle bu çalışmada cam huni kullanılmıştır. Taşırken, taşırken ve kurarken çok dikkatli olunması zorunludur ve kapağın vidalarını zarar vermemek için çok fazla sıkmamaya dikkat edilmelidir (protokol adımı 2.1.2).

HRT'yi belirlemek için, 3.2.2-3.2.3 protokol adımları mümkün olduğunca çok kez (en az 10x) tekrarlanmalıdır, çünkü sistemin yüksek türbülansı ve ikincil akışların (Taylor benzeri girdaplar) varlığı nedeniyle, izleyici jet huni boyunca farklı şekillerde ayrılabilir ve hareket edebilir. Örneğin, Donepudi ve ark.24 ve Mulligan ve ark.28 tarafından su tabakasının cam duvara ne kadar yakın olursa, gidere o kadar hızlı hareket edeceği gösterilmiştir. Problar her zaman deiyonize su ile yıkanmalı ve numunenin ve saklama çözeltisinin karışmasını önlemek için silinmelidir, bu da verileri bozabilir ve elektrot depolamanın kalitesini bozabilir.

Çözünmüş oksijen deneyi için, sistemin çıkışında sabit bir oksijen konsantrasyonu değeri elde etmek önemlidir (protokol adımı 3.3.2.2). Rejim istikrarlı değilse, ancak sistemdeki dalgalanmalar önemli değilse, elde edilen değerin ortalaması alınmalıdır. Daha fazla havalandırma için sisteme hava akışına izin vermek için havalandırma için kapakta bir delik olması da gereklidir.

Bu sistemin KLa20 yüksek değerlerine ve enerji verimliliğine rağmen, mevcut hunilerin düşük su akış hızları nedeniyle SOTR değeri diğer yöntemlere26 göre düşüktür; Bu, şu anda su havalandırması için hiperbolik huninin endüstriyel kullanımı için bir sınırlamadır. Bununla birlikte, büyük, orta ve küçük hunilerle farklı ölçekler için sistemin yüksek verimliliğinin elde edilebileceği gösterilmiştir. Bundan, geometriyi değiştirerek (boyutlar, giriş ve çıkış çapları, duvarların eğriliği), havalandırma verimliliğini düşürmeden su arıtmanın hızını ve hacmini önemli ölçüde artırmanın mümkün olduğu sonucuna varabiliriz. Ayrıca, Tablo 1'de, huni uzunluğundaki 1,1 m'lik bir artışın SOTR'de 100 kattan fazla bir artışa yol açtığı görülebilir. Bazı su arıtma tesislerinde su seviyesi farkının birkaç metreye ulaşabileceği gerçeği göz önüne alındığında, (kısmi) havalandırma şu anda olduğundan çok daha düşük maliyetlerle sağlanabilir. Bu nedenle, huninin farklı geometrik parametrelerinin su akış hızını nasıl etkilediğini ve girdap rejimleri içinKLAa 20'nin belirlenmesi, yeraltı suyunun havalandırılması için ucuz ve rekabetçi bir teknoloji sağlayabilir. Alternatif olarak, Schauberger31 tarafından gösterildiği gibi, su rezervuarlarının, göllerin ve nehirlerin kalitesini artırmak için havalandırma kullanılabilir.

Açıklamalar

Yazarlar, bu yazıda bildirilen çalışmayı etkilemiş gibi görünebilecek bilinen hiçbir rakip mali çıkarları veya kişisel ilişkileri olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

Bu çalışma, Wetsus Avrupa Sürdürülebilir Su Teknolojisi Mükemmeliyet Merkezi (www.wetsus.eu) işbirliği çerçevesinde Uygulamalı Su Fiziği teması kapsamında gerçekleştirilmiştir. Wetsus, Hollanda Ekonomik İşler Bakanlığı ve Altyapı ve Çevre Bakanlığı, Friesland Eyaleti ve Kuzey Hollanda Eyaletleri tarafından ortaklaşa kurulmuştur. Bu araştırma, Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 araştırma ve inovasyon programından, Marie Sklodowska-Curie hibe sözleşmesi No. 665874 ve Gilbert-Armstrong laboratuvarı kapsamında fon almıştır. Maarten V. van de Griend'in bu çalışmaya verdiği desteği çok takdir ediyoruz.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
1/2 kanallı vericiEndress+HauserCM442Veri kaydedici
Kontrol vanası+GF+625DN20Typ514
Veri KaydediciEndress+HauserCM442Liquiline
Fiber Optik Oksijen TransmitteriPreSensSACN0002000005Fibox 3
Cam Dirsek Konektörüiçin özel yapımAdaptör boru hattı
Yeraltı suyu pompasıSAER3637899H/150
Dizüstü bilgisayarherhangi birWindows 10 veya üstü
Büyük cam huniÖzel yapım94cm yüksekliğinde
Oksijen HesaplayıcıPreSensv. 3.1.1Yazılımı
Oksijen Sensörü NoktalarıPreSensNAU-D5-YOPSP-PSt3
pH konektörüpH probu için
adaptör pH sensörüEndress+HauserCPS11Orbisint CPS11
Polimer Fiber OptikPreSensPOF-L2.5-2SMAOXY-1 SMA
Kauçuk contaERIKS11535207141x197x2mm
Kauçuk contaERIKS12252766273x340x3mm
Küçük cam huniÖzelyapım- 26 cm yüksekliğinde
Su akış ölçerEndress+HauserP7066819000 Picomag
Su akış ölçerKobolt5NA15AC34PMIK
Su Sıcaklığı Konnektörü
özel yapım PreSens-Pt100

Kaynaklar

  1. Tsuji, K., Muller, S. C. Spirals and Vortices in Culture, Nature, and Science. , Springer Nature. Switzerland. (2019).
  2. Uchiyama, Y., Zhang, X., Yanase, S. Generation mechanism of Tidally-driven whirlpools at a narrow strait in an estuary. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 945, 012028(2021).
  3. Vallee, J. P. Metastudy of the spiral structure of our home galaxy. The Astrophysical Journal. 566 (261), 261-265 (2002).
  4. Dunlap, R. A. The Golden Ratio and Fibonacci Numbers. , World Scientific. Singapore. (1997).
  5. Da Vinci, L., Manuscript B, L. P. aris Paris Manuscript B. Folio 83v. Collection of Institute de France. , (2023).
  6. Johnson, W. Helicopter Theory. , Dover Publications. New York, NY. (1980).
  7. Johansson, L., Ovesen, M., Hallberg, C. Self-organizing flow technology In Viktor Schauberger's footsteps. Institute of Ecological Technology Scientific and Technical Reports. , Malmo, Sweden. (2002).
  8. Sarafzadeh, M. Design and analysis of sustainable ways for water purification. Polytechnic University of Turin, Italy. , MSc thesis (2022).
  9. Agostinho, L. L. F. Enhanced oxygen volumetric mass transfer in a geometrically constrained vortex. Water. 14 (5), 771(2022).
  10. de Kroon, E. Iron oxidation in groundwater using a hyperbolic water vortex system. Graduation Internship. Van Hall Larenstein University of Applied Sciences. , the Netherlands. (2021).
  11. Sharma, K. S. Adsorptive iron removal from groundwater. Wageningen University. , The Netherlands. PhD thesis (2001).
  12. Compendium voor de Leefomgeving. Waterwinning en watergebruik in Nederland 1976-2018. , Available from: https://clo.nl/indicatoren/nl0057-waterwinning-en-verbruik-nederland (2022).
  13. vanden Brink, C., Frapporti, G., Griffioen, J., Zaadnoordijk, J. W. Statistical analysis of anthropogenic versus geochemical-controlled differences in groundwater composition in The Netherlands. Journal of Hydrology. 336 (3-4), 470-480 (2007).
  14. Besluit kwaliteit drinkwater BES. Wettenbank. , Available from: https://wetten.overheid.nl/BWBR0028642/2010-10-10 (2010).
  15. Thakre, S. B., Bhuyar, L. B., Deshmukh, S. J. Effect of different configurations of mechanical aerators on oxygen transfer and aeration efficiency with respect to power consumption. International Journal of Aerospace and Mechanical Engineering. 2 (2), 100-107 (2008).
  16. Rosso, D., Larson, L. E., Stenstrom, M. K. Aeration of large-scale municipal wastewater treatment plants: state of the art. Water Science & Technology. 57 (7), 973-978 (2008).
  17. van de Griend, M. V., et al. Vortex impeller-based aeration of groundwater. Water. 14 (5), 795(2022).
  18. Aeration and gas stripping. TU Delft OpenCourseWare. , Available from: https://ocw.tudelft.nl/wp-content/uploads/Aeration-and-gas-stripping-1.pdf (2015).
  19. Popel, H. J. Aeration and Gas Transfer. Delft University of Technology. , the Netherlands. (1976).
  20. Drewnowski, J., Remiszewska-Skwarek, A., Duda, S., Lagod, G. Aeration process in bioreactors as the main energy consumer in a wastewater treatment plant. Review of solutions and methods of process optimization. Processes. 7 (5), 311(2019).
  21. Hydro International's Wastewater Division. Wastewater treatment: Bubbling up for major energy saving. Filtration + Separation. 48 (2), 42-43 (2011).
  22. Levenspiel, O. Tracer Technology, Modeling the Flow of Fluids. , Springer. New York, NY. (2012).
  23. Danckwerts, P. V. Continuous flow systems - Distribution of residence times. Chemical Engineering Science. 2, 1-13 (1953).
  24. Donepudi, T. Vortices in hyperbolic funnels as aeration systems. Delft University of Technology. , the Netherlands. MSc thesis (2021).
  25. Benjamin, M. M., Lawler, D. F. Water Quality Engineering - Physical/Chemical Treatment Processes. , John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, NJ. (2013).
  26. Marappan, J. Assessment of the new generation aeration systems efficiency and water current flow rate, its relation to the cost economics at varying salinities for Penaeus vannamei culture. Aquaculture Research. 51 (5), 2112-2124 (2020).
  27. American Society of Civil Engineers. Measurement of Oxygen Transfer in Clean Water. American Society of Civil Engineers. , Reston, Virginia. (1992).
  28. Mulligan, S., de Cesre, G., Casserly, J., Sherlock, R. Understanding turbulent free-surface vortex flows using a Taylor-Couette flow analogy. Scientific Reports. 8 (1), 824(2018).
  29. Niemeijer, C. Simulation of a hyperbolic water vortex. Grenoble Institute of Technology. , France. MSc thesis (2019).
  30. Fabienne, A. Design and characterization of a rotating bed system bioreactor for tissue engineering applications. Biotechnology Progress. 24, 140-147 (2008).
  31. Schauberger, J. Hyperbolic Cone Fountains and Spiral Pipes. TrueSpring. , Available from: https://truespring.wordpress.com/w013/05/10/hyperbolice-cone-fountain-and-spiral-pipes/ (2013).

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Serbest Yüzey GirdaplarıHiperbolik Su VorteksiSu HavalandırmaOksijen TransferiHidrolik ÖzelliklerSu Akış DüzenlemesiSınır Tabakaİzleyici DeneyiAtıksu ArıtımıPlazma Deşarjı
Serbest Yüzeyli Hiperbolik Su Girdaplarının Hazırlanması
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.