臺灣博碩士論文加值系統

加油站儲槽洩漏、油槽管線腐蝕滲漏或人員操作管理不當等因素造成油品污染事件層出不窮，甚至危害地下水資源，如在2001年12月發生的桃園縣士香加油站污染事件，因儲油槽的防蝕性能不佳而漏油，使污染除了加油站的站址範圍之外，亦隨山泉水的流出擴及附近區域。經研究發現，大部分土壤污染物常附著於細小土壤的顆粒表面上，可先利用物理分離技術，將大顆粒之土壤予以分離，降低待處理污染土壤之體積。
本研究使用Ansys Fluent模擬軟體進行水力漩流分離器的模擬，以Fluent內所含之軟體建立模型並進行後續模擬，流體模型選擇k-epsilon RNG模型；顆粒大小分別設定為15、20、37、63、100及150 μm；進口流速則以3、5、7、9、11、13 m/s為條件進行模擬，進行水力漩流分離器結構、操作條件的優化，提升水力漩流分離器的分級效率，降低後續處理的負荷。
由模擬結果發現，Case 1在進口流速大於7 m/s之後粗細顆粒可以進行有效的分離；Case 2僅在進口流速5 m/s時才有較佳的粗細分離效果；Case 3因細顆粒中的63 μm分離效率過低，模擬結果並不符合此次的目的；Case 4在進口流速大於9 m/s之後粗細顆粒可以進行有效的分離，但是粗顆粒仍會有少許出現在溢流口；Case 5在進口流速5 m/s時的粗細顆粒分離效果最優；Case 6僅在進口流速3 m/s時才有粗細分離的效果。
Case 1與Case 4在進口流速大於9 m/s之後皆可以進行有效的粗細顆粒分離，但Case 1並無進行任何的結構條件更動，若以本次的研究目的來說，Case 4較能符合此次的研究目的；但若以最優設計進行討論，則Case 1會優於Case 4。
當粗顆粒由底流口排出，而細顆粒由溢流口流出，使粗細顆粒進行分離。附著了較高濃度土壤污染物的細顆粒與低濃度土壤污染物的粗顆粒分別進行後續處理流程，如此一來將可以降低後續處理的負荷，減少處理的費用。

Oil pollution incidents which due to factors such as leakage of gas station storage tanks, corrosion and leakage of oil tank pipelines, or improper personnel operation and management are emerging one after another. For example, in the pollution incident at Shixiang gas station in Taoyuan in December 2001, oil leaked due to the poor anti-corrosion of the oil storage tank, which caused the pollution to spread to nearby areas with the outflow of mountain spring water in addition to the station site. Studies have found that most soil pollutants are often attached to the surface of small soil particles. Physical separation technology can be used to separate large particles of soil to reduce the volume of contaminated soil to be treated.
In this study, Ansys Fluent simulation software was used to simulate the hydrocyclone separator, and the software contained in Fluent was used to build a model and perform subsequent simulations. The fluid model selected the k-epsilon RNG model; the particle sizes were set to 15, 20, 37, 63, 100 and 150 μm; the inlet flow rate was simulated under the conditions of 3, 5, 7, 9, 11, and 13 m/s to optimize the structure and operating conditions of the hydrocyclone, and improving the separation efficiency of the hydrocyclone and reducing the load of subsequent processing.
According to the results, it is found that Case 1 can effectively separate coarse and fine particles when the inlet flow rate is greater than 7 m/s; Case 2 has a better separation effect of coarse and fine particles only when the inlet flow rate is 5 m/s; the separation efficiency of 63 μm in fine particles in Case 3 is too low, and the simulation results do not meet the purpose of this time; Case 4 can effectively separate coarse and fine particles when the inlet flow rate is greater than 9 m/s, but there will still be a small amount of coarse particles in the overflow; Case 5 has the best separation effect of coarse and fine particles when the inlet flow rate is 5 m/s; Case 6 has the effect of coarse and fine particle separation only when the inlet flow rate is 3 m/s.
Both Case 1 and Case 4 can effectively separate coarse and fine particles when the inlet flow rate is greater than 9 m/s, but Case 1 does not change any structural conditions, for the purpose of this study, Case 4 is more suitable for this research; but if the optimal design is discussed, Case 1 will be better than Case 4.
When the coarse particles are discharged from the underflow port, and the fine particles flow out from the overflow port, the coarse and fine particles are separated. The fine particles with higher concentrations of soil pollutants and the coarse particles with low concentrations of soil pollutants are separately treated in the subsequent treatment process, so that the load of subsequent treatment can be reduced, and the treatment cost can be reduced.

目錄
致謝 I
摘要 II
Abstract IV
目錄 VI
圖目錄 IX
表目錄 XIII
第一章、緒論 1
一、前言 1
二、研究動機與目的 4
第二章、文獻回顧 6
一、土壤污染整治方法介紹 6
1.土壤氣體抽除法(soil vapor extraction, SVE) [7] 6
2.生物通氣法(bioventing) [7] 6
3.生物堆法(biopiles) [7] 7
4.土耕法(land farming) [7] 7
5.生物曝氣法(biosparging) [7] 8
6.雙向抽除法(dual-phase extraction) [7] 8
7.現地化學氧化法(in-situ chemical oxidation) [7] 8
8.熱脫附法(thermal desorption)[8] 9
二、水力漩流分離器之介紹 9
三、水力漩流分離器之發展 10
四、水力漩流分離器之構造 11
五、水力漩流分離器之原理 12
六、水力漩流分離器之規格 12
七、魚鉤現象 13
八、空氣柱現象 14
九、短路流現象 15
十、循環流現象 16
十一、平衡軌道理論 17
十二、結構參數 17
1.圓柱直徑（D） 18
2.圓柱長度（L） 18
3.進料口直徑（Di） 18
4.錐體角度（θc） 19
5.溢流管直徑（Do） 19
6.溢流管插入深度（Lo） 19
7.溢流管壁厚（W） 19
8.底流口直徑（Du） 20
十三、物性參數 21
1.進料顆粒尺寸分布 21
2.兩相密度差 21
3.黏度 21
4.進料濃度 21
十四、操作參數 22
1.總處理量（total capacity, G） 22
2.分流比/分股比（flow split, S） 22
3.分離效率（separation efficiency,ε） 22
4.剪徑（cut sized, d50） 23
5.進料壓力 23
十五、水力漩流分離器之模擬軟體簡介 23
十六、水力漩流分離器之模型及網格建構 24
第三章、研究方法 25
一、研究架構 25
二、水力漩流分離器之尺寸 25
1.Case 1尺寸 27
2.Case 2尺寸 28
3.Case 3尺寸 29
4.Case 4尺寸 30
5.Case 5尺寸 31
6.Case 6尺寸 32
三、模擬之水力漩流分離器模型建構及網格圖 33
四、模擬之水力漩流分離器參數設定及步驟 35
五、模擬之水力漩流分離器後處理 37
第四章、結果與討論 38
一、Case 1模擬結果 38
二、Case 2模擬結果 41
三、Case 3模擬結果 48
四、Case 4模擬結果 54
五、Case 5模擬結果 61
六、Case 6模擬結果 67
第五章、結論 73
參考文獻 76

圖目錄
圖 1水力漩流分離器之結構與流場 11
圖 2水力漩流分離器內液體流動類型區域圖[10] 12
圖 3 (a)小錐角及(b)大錐角 13
圖 4水力漩流分離器之魚鉤現象 14
圖 5水力漩流分離器之空氣柱現象[11] 15
圖 6水力漩流分離器之短路流現象[15] 16
圖 7各截面軸速度分佈和零速包絡面(LZVV) 17
圖 8水力漩流分離器的基本結構 20
圖 9研究架構流程圖 25
圖 10 Case 1～Case 6之尺寸對照圖 26
圖 11 Case 1尺寸圖 27
圖 12 Case 2尺寸圖 28
圖 13 Case 3尺寸圖 29
圖 14 Case 4尺寸圖 30
圖 15 Case 5尺寸圖 31
圖 16 Case 6尺寸圖 32
圖 17水力漩流分離器模型示意圖 34
圖 18水力漩流分離器模型網格示意圖 35
圖 19 Case 1之overflow分離效率結果圖(1) 39
圖 20 Case 1之overflow分離效率結果圖(2) 40
圖 21 Case 2之overflow分離效率結果圖(1) 42
圖 22 Case 2之overflow分離效率結果圖(2) 43
圖 23 Case 2與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速3 m/s） 44
圖 24 Case 2與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速5 m/s） 45
圖 25 Case 2與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速7 m/s） 45
圖 26 Case 2與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速9 m/s） 46
圖 27 Case 2與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速11 m/s） 46
圖 28 Case 2與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速13 m/s） 47
圖 29 Case 3之overflow分離效率結果圖(1) 49
圖 30 Case 3之overflow分離效率結果圖(2) 50
圖 31 Case 3與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速3 m/s） 51
圖 32 Case 3與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速5 m/s） 51
圖 33 Case 3與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速7 m/s） 52
圖 34 Case 3與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速9 m/s） 52
圖 35 Case 3與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速11 m/s） 53
圖 36 Case 3與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速13 m/s） 53
圖 37 Case 4之overflow分離效率結果圖(1) 55
圖 38 Case 4之overflow分離效率結果圖(2) 56
圖 39 Case 4與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速3 m/s） 57
圖 40 Case 4與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速5 m/s） 58
圖 41 Case 4與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速7 m/s） 58
圖 42 Case 4與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速9 m/s） 59
圖 43 Case 4與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速11 m/s） 59
圖 44 Case 4與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速13 m/s） 60
圖 45 Case 5之overflow分離效率結果圖(1) 62
圖 46 Case 5之overflow分離效率結果圖(2) 63
圖 47 Case 5與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速3 m/s） 64
圖 48 Case 5與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速5 m/s） 64
圖 49 Case 5與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速7 m/s） 65
圖 50 Case 5與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速9 m/s） 65
圖 51 Case 5與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速11 m/s） 66
圖 52 Case 5與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速13 m/s） 66
圖 53 Case 6之overflow分離效率結果圖(1) 68
圖 54 Case 6之overflow分離效率結果圖(2) 69
圖 55 Case 6與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速3 m/s） 70
圖 56 Case 6與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速5 m/s） 70
圖 57 Case 6與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速7 m/s） 71
圖 58 Case 6與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速9 m/s） 71
圖 59 Case 6與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速11 m/s） 72
圖 60 Case 6與Case 1之overflow分離效率比較圖（進口流速13 m/s） 72

表目錄
表 1國內加油站發生油品洩漏之可能原因[4] 3
表 2美國污染場址常用之物理分離技術[5] 5
表 3 Case 1～Case 6之尺寸對照表 26
表 4 Case 1之overflow分離結果彙整表 38
表 5 Case 2之overflow分離結果彙整表 41
表 6 Case 3之overflow分離結果彙整表 48
表 7 Case 4之overflow分離結果彙整表 54
表 8 Case 5之overflow分離結果彙整表 61
表 9 Case 6之overflow分離結果彙整表 67

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