|
|
Flow simulations approach for flocculation tanks
Idžakovičová, Kristýna ; Bílek, Vojtěch ; Haidl, Jan ; Isoz, M. ; Pivokonský, Martin
Flocculation in water treatment facilities plays a key role in the separation of colloidal inorganic and organic substances. Its optimization leads to a significant increase in its efficiency and savings of operational costs. However, it is currently based on trial-and-error experimental approaches. In this contribution, we focus on flow modeling in stirred flocculation tanks that would, after coupling with a calibrated model of particle aggregation, enable simulationbased flocculation optimization. Despite the abundance of literature on stirred tank modeling, there is no universal agreement on the methodology used to describe turbulence nor on the approach to the computational mesh creation. Consequently, there is no unified methodology for simulations and their validation. To address this, we present a best-practice methodology for economical, yet reliable flow simulations in the said device. This methodology includes the choice of the turbulence model, the approach to the design of a high quality mesh suitable for arbitrary geometries, and results evaluation. It is developed based on an extensive literature review, a multitude of flow simulations using several meshes of progressively higher quality and resolution, and various strategies to converge to steady-state flow conditions. The simulation quality indicators used here involve comparison with the experimental data on fluid velocity, stirrer power output, and flow rate through the impeller zone. Additionally, the resulting flow simulation models are compared using tracer transport simulations, hinting at their potential for coupling with particle aggregation models.
|
|
|
Improvement of an unbaffled stirred tank mixing characteristics using variable speed impeller
Gebouský, Ondřej ; Haidl, Jan ; Bodnár, J. ; Pivokonský, Martin
Unbaffled mixing tanks with magnetically driven impellers are increasingly used in biotechnological and pharmaceutical industries, combining the benefits of a closed, sterile environment with easy equipment cleanability. On the other hand, missing internals, such as baffles or cooling coils, have an adverse effect on the equipment mixing characteristics, namely the batch\nhomogenization time. In our previous research, we uncovered that the eccentricity and inclination of the impeller – both employed routinely to enhance the mixing characteristics of unbaffled vessels – are not fully effective in the suppression of central vortex formation resulting in the increase in the homogenization time. In this work, we propose a simple solution to counteract the central vortex formation – a periodical variation of impeller rotational speed. This approach destabilizes the central vortex, significantly reducing homogenization time while maintaining the benefits of the original unbaffled setup. This innovation can seamlessly integrate into existing industrial setups, promising efficiency gains for biotech and pharmaceutical production.
|
|
|
Zpřesnění distribuce sněhové pokrývky na vybraných povodích s využitím dat automatických sněhoměrných stanic
Procházka, J. ; Šustková, V. ; Tesař, Miroslav
Studie hodnotí význam automatických sněhoměrných stanic (ASNS) provozovaných různými subjekty v oblasti vybraných subpovodí Šumavy spadajících do povodí přehradní nádrže Orlík. Je zde zdůrazněna potřeba monitoringu sněhové pokrývky jako významné složky hydrologické bilance povodí zejména v horských oblastech. Subpovodí Vltavy a Otavy reprezentují území pramenných oblastí v srážkově návětrné příhraniční části pohoří, kdežto subpovodí Volyňky a Blanice pramennou oblast závětrné vnitrozemské části pohoří. Význam ASNS je prokázán především v nejvyšších a odlehlých polohách Šumavy, kde chybí základní meteorologické stanice používané do běžných klimatologických a hydrologických hodnocení. Díky moderním podkladům a metodám je možné významně zpřesnit distribuci sněhové pokrývky a jejích vlastností. Kontinuální záznam výšky sněhu prostřednictvím ASNS takto poskytuje pro území vyšších poloh Šumavy nové poznatky a operativní údaje pro standardní klimatologická hodnocení i pro další aplikace využívané v rámci činnosti ČHMÚ, Povodí Vltavy, s. p. a dalšími institucemi např. pro správní a vědeckovýzkumné potřeby.
|
|
|
Přístroje pro měření úhrnu srážek od historie po současnost
Lipina, P. ; Procházka, J. ; Tesař, Miroslav
Úhrn srážek patří mezi nejdůležitější meteorologické prvky. Má zásadní význam pro tvorbu klimatologických charakteristik, je základem vodní bilance a primárně sledovaným prvkem v předpovědní a výstražné službě. Měření srážek je dlouhodobě zatíženo mnoha nejistotami a je mu proto věnována soustavně náležitá pozornost. \nPrvní měření srážek v Evropě se datuje k 17. století. Pravidelná, ale neúplná, měření srážek na pražské klementinské hvězdárně byla zahájena v roce 1752 (nepřetržitá řada od roku 1804), v Brně to bylo v roce 1803. V roce 1817 M. A. David publikoval první německy psaný návod pro pozorování počasí v Čechách určený dobrovolným pozorovatelům. Zásadní vliv pro vznik meteorologických stanic a měření srážek měly aktivity institucí a různých spolků, například pražské Klementinum, Přírodozpytný spolek v Brně, Ústřední ústav pro meteorologii a zemský magnetismus a jiné. Hydrografická komise pro království české a její hydrometrická sekce byla pod vedením F. J. Studničky založena roku 1875, o významné rozšíření měření srážek se v té době zasloužil v rámci budování sítě lesnických srážkoměrných stanic E. Purkyně.\nJiž více než 200 let dochází k vývoji srážkoměrů a metodik měření srážek. V českých zemích dlouhodobě využívaný manuální srážkoměr Metra 886 byl vyvinut podle rakouského vzoru prof. Kostlivého. Od roku 1995 byla zahájena automatizace měření srážek nejprve klopnými srážkoměry, které jsou postupně nahrazovány srážkoměry váhovými. V odlehlých a lesnatých oblastech jsou testovány alternativní způsoby měření srážek. Tento příspěvek se snaží historii, standardy a vývoj v měření srážek u nás alespoň orientačně přiblížit.
|
|
|
Teplotní režim lesních horských půd
Dohnal, M. ; Votrubová, J. ; Mazúchová, R. ; Blunár, P. ; Tesař, Miroslav
S postupující automatizací, digitalizací a lepší dostupností pokročilých meteorologických a hydrologických přístrojů pro kontinuální sledování malých povodí jsou metody a postupy vycházející z bilance energie stále častěji vyhodnocovány v subdenním časovém kroku. V těchto případech již není možné dostupnou energii ztotožnit s čistou radiací a zanedbat tok tepla do půdy. Nevhodně zavedené předpoklady o velikosti toku tepla do půdy nebo použití příliš zjednodušených výpočetních postupů k jeho určení, vnášejí do zdánlivě přesnějších, ale ve skutečnosti pouze v čase podrobnějších, výpočtů značné nejistoty. Monitoring teplotního režimu půd a toků tepla do půdy, tak má velký význam pro ověření používaných výpočetních postupů a lepší pochopení omezení plynoucích z dlouhodobě využívaných předpokladů.
|
|
|
Summary of the Liquid-Gas Ejector Hydraulic Behavior - Theory and Practice
Gebouský, Ondřej ; Haidl, Jan
Liquid-gas ejectors (LGEs) are fascinating devices that use the kinetic energy of the liquid jet to entrain and eventually compress the gas. LGEs find applications in both industry and everyday life, e.g., as sprayers. However, a complex and reliable method for LGE design was not available in the open literature until recently. This contribution follows up on our recent works about the hydraulic behavior of LGE with undisturbed and destabilized liquid jets. This paper aims to summarize the device’s complicated hydraulics and characterize its optimal design for three industrially relevant applications - (a) LGE as the vacuum pump, (b) LGE as the gas purification equipment, and (c) LGE as the gas distributor for bioreactors.
|
|
|
Digitální dvojče úpravny vody – vývoj a využití v praxi
Sochorová, Helena ; Andreides, D. ; Hložanka, F. ; Prokopová, Michaela ; Stejskal, O. ; Chalupa, L. ; Šmejkalová, P. ; Dolejš, P.
Příspěvek představuje zkušenosti s vývojem digitálního dvojčete pro optimalizaci řízení ÚV v rámci pilotního projektu v lokalitě Železná Ruda. Digitální dvojče se skládá ze dvou komponent, a to digitální dokumentace v objektové architektuře zpracované postupem reverzního inženýrství, která je datově propojená s reálnou fyzickou infrastrukturou (virtuální replika infrastruktury) a ze simulačního nástroje na základě matematického modelu anebo neuronové sítě (simulace procesu úpravy vody). Obě komponenty jsou uživateli přístupné přes webovou aplikaci, ve které lze volit ze tří provozních stavů (monitoring reálného stavu - defaultní, simulace scénářů provozních nastavení a predikce tlakové ztráty).
|
|
| |
|
|
Dynamics of surface water quality changes in model headwater areas of the Czech Republic
Fraindová, K. ; Matoušková, M. ; Kliment, Z. ; Vlček, Lukáš ; Vlach, V. ; Šajnarová, L.
River headwaters have a high environmental value. Unfortunately, the biogeochemical processes in headwaters in context of different rainfall-runoff conditions and specific land cover have not been fully examined. This study focuses on changes in correlations of 16 biogeochemical parameters related to different types of rainfall-runoff events and land cover condition for eight headwater catchments in Central Europe. Multiple methods as linear regression, Spearman rank correlation, Principal Components Analysis and C/Q hysteresis loops revealed main relationships. Presence of peatlands and waterlogged spruce forests had decisive influence on the biogeochemistry (mainly for CODMn, humins, Fe, P-PO43− TP, and N-NO3−). The strongest positive correlation of organic matter (CODMn) and Fe is represented in a catchment with the largest area of damaged forest (70%), but with a smaller proportion of wetlands (8%). High flow rates influence the release of greater amounts of organic matter and N-NO3−.
|
|
|
Dynamics of dissolved organic carbon in surface water during extreme rainfall-runoff events
Matoušková, M. ; Fraindová, K. ; Bejčková, M. ; Kliment, Z. ; Vlach, V. ; Vlček, Lukáš
The release of a greater amount of natural organic matter (NOM) within climate change is registered in many catchments with peatbog areas. The aim of our research is to study the dynamics of releasing dissolved organic carbon (DOC) into surface water in headwater areas with peatbogs. DOC concentrations are analysed in relation to extreme rainfall-runoff (R-R) events and according to the hydrological preconditions of the basin. These preconditions are described using selected hydroclimatic variables (14 days before the R-R event). The source data comes from stations of the Faculty of Science, Charles University, and the Czech Hydrometeorological Institute. For the evaluation of relations and processes, the Principal component analysis (PCA), hysteresis loops or Pearson correlation coefficient was used. The lag time of DOCmax for Qmax, the dependence of DOCmax and groundwater levels were studied. The influence of flow rate on the decline and ascent phases of DOC\nconcentrations by hysteresis loops and the influence of the number of partial flow maximums on the amount of transported DOC during the R-R event was analysed. Our first results show that great influence on the dynamic of DOC concentration in surface water has the change in groundwater-levels in the peatbog and the outflow amount during the R-R event. The hydroclimatic preconditions of the basin have also a significant influence on the DOC release. Changes in concentrations during R-R events also occurred for other compounds that were studied additionally. Particularly significant was the increase in metals (mainly Fe, Al, Mn) and base cation (K) and decrease in nitrate nitrogen.
|
host ::
RSS.