Численный анализ процессов очистки воды в системах замкнутого цикла

Abstract

Данная работа посвящена развитию численного подхода к моделированию стадии «тонкой» фильтрации водной среды, следующей за прохождением механических фильтров. На этом этапе очистки водная среда подвергается электромагнитному или тепловому воздействию. Для анализа процессов очистки предлагаются математические модели течения жидкости с учетом тепловых эффектов, эволюции концентрации загрязнителя в условиях развитых конвекционно-диффузионных процессов и при наличии квазистатического электрического поля. Для описания течения водной среды, содержащей частицы твердых мелкодисперсных примесей, используется квазигидродинамическая модель, дополненная уравнениями конвекциидиффузии-реакции. Численная реализация модели в случае трехмерной декартовой геометрии основана на методе конечных объемов на нерегулярных тетраэдральных и призматических сетках и ориентирована на применение параллельных вычислений. В качестве примеров использования разработанной компьютерной технологии моделирования рассмотрены задачи электромагнитной очистки водной среды и загрязнения теплоэлектронагревательного (ТЭН) элемента. В первой задаче рассчитана зависимость концентрации загрязнителя от времени, которая демонстрирует эффект очистки и позволяет оценить ее степень в зависимости от параметров электрического поля. Во второй задаче исследовался процесс образования накипи и последующей регенерации ТЭНа. Проведенные расчеты показывают, как происходит загрязнение ТЭНа и как при воздействии соляной кислоты происходит его очистка. Эти данные позволяют уточнить параметры перспективных установок замкнутого цикла, в которых чередуются циклы нагрева среды и регенерации нагревательных элементов.