Microsoft Word - fullpdf07022025 Georgian Scientists/ქართველი მეცნიერები ტ. 7 N 2, 2025 673 Georgian Scientists ქართველი მეცნიერები Vol. 7 Issue 2, 2025 https://doi.org/10.52340/gs.2025.07.02.63 ბუნებრივ წყალზე ჰიბრიდული ნაკადის განხორციელების გზით ტანგენციალური ბარომემბრანული პროცესის თეორიული კვლევები და ექსპერიმენტების შედეგები გიორგი ბიბილეიშვილი1, ლიანა ყუფარაძე2, ზაზა ჯავაშვილი3, მზია კეჟერაშვილი4, ელენე კაკაბაძე5 საქართველოს ტექნიკური უნივერსიტეტის მემბრანული ტექნოლოგიების საინჟინრო ინსტიტუტი 1ქიმიური და ბიოლოგიური ინჟინერიის დოქტორი, მთავარი მეცნიერი თანამშრომელი email: 75bibileishvili@gmail.com ORCID ID: https://orcid.org/0009-0003-7712-2436 2აკადემიური დოქტორი, მთავარი მეცნიერი თანამშრომელი email LianaKuparadze@gmail.com ORCID ID: https://orcid.org/0009-0002-6786-5669 რეზიუმე ნაშრომში წარმოდგენილია ბარომემბრანული გაყოფის პროცესების განსახორციელებლად შექმნილ მოწყობილობებში ბუნებრივ წყალზე ჰიბრიდული ნაკადის განხორციელების გზით თეორიული კვლევები. ჰიდროდინამიკური მახასიათებლების თეორიული ანგარიშისათვის გამოყენებულია რეინოლდსის რიცხვი, თეორიული კვლევებით დადგინდა ჰიბრიდული ნალკადის რეჟიმული პარამეტრები. სადაწნეო საკნის სიმაღლის განსხვავებული მნიშვნელობებისათვის განისაზღვრა სიჩქარის კრიტიკული მნიშვნელობები, ლამინარული და ტურბულენტური დინების სიჩქარეთა დიაპაზონი. სადაწნეო საკანში წყლის ნაკადის ჩვეულებრივი რეჟიმულ პარამეტრების შედარებამ ჰიბრიდული ნაკადის რეჟიმულ პარამეტრებთან გვიჩვენა,რომ ჰიბრიდული რეჟიმის პირობებში, ერთი და იგივე ხარჯის მიწოდებისას განვითარებული წყლის სიჩქარე აღემატება ჩვეულებრივი ნაკადის სიჩქარეს, ხოლო ექსპერიმენტების შედეგებით კი ჰიბრიდული ნაკადის პირობებში ხვედრითი წარმადობა მნიშვნელოვნად აღემატება ჩვეულებრივი დინებით მიღებულ ხვედრით წარმადობას. ამგვარად ლაბორატორიულ დანადგარზე ჩატარებული ექსპერიმენტული შედეგებით ჩანს ჰიბრიდული რეჟიმის უპირატესობა, რომელიც საწინდარია მემბრანული დანადგარების მაღალეფექტურობის და რაც მთავარია, ხელს შეუწყობს სამამულო წარმოების საწარმოო მემბრანული დანადგარების დამუშავებასა და შექმნას. საკვანძო სიტყვები: ჰიბრიდული ნაკადი, ლამინარული და ტურბულენტური დინება, ხვედრითი წარმადობა. Georgian Scientists/ქართველი მეცნიერები ტ. 7 N 2, 2025 674 შესავალი (პრობლემა, აქტუალობა) ადამიანის ჯანმრთელობისა და სასურსათო უსაფრთხოების უზრუნველსაყოფად უპირველეს ყოვლისა აუცილებელია სასმელი წყლის ISO-ს სტანდარტის ნორმების დაცვა. ეს კი უშუალო კავშირშია მემბრანული ტექნიკის და ტექნოლოგიების თანამედროვე ნანოსისტემების დამუშავებასა და ათვისებასთან [4,5]. მემბრანული აპარატების ხვედრითი წარმადობის ასამაღლებლად და მასში ბარომემბრანული პროცესების ეფექტური წარმართვისათვის აქტუალურია შეიქმნას ისეთი მოდელების მემბრანული დანადგარები, რომელშიც შექმნილმა სადაწნეო საკნის კონსტრუქციამ, ჰიდროდინამიურმა და მასაგადატანის პროცესებმა უნდა უზრუნველყონ დაყოფის პროცესის ეფექტურობა და ექსპლოატაციის მაღალი ტექნიკურ- ეკონომიური მაჩვენებლები [1,2,3]. ამ მიზნით მემბრანულ აპარატებში უნდა განხორციელდეს ისეთი ჰიდრავლიკური რეჟიმები, რომ ერთის მხრივ ნაკადის სიჩქარე არ უნდა აღემატებოდეს კრიტიკულს, მეორეს მხრივ, დანადგარი უნდა მუშაობდეს დაბალ წნევაზე, რაც განაპირობებს ნაკლებ ენერგოდანახარჯებს. ამისათვის ჩვენს მიერ ჩატარდა როგორც თეორიული, ასევე ექსპერიმენტული კვლევები ჰიბრიდული ნაკადის პირობებში. მეთოდი ჰიდრავლიკური რეჟიმული პარამეტრების დასადგენად ჩატარდა ლაბორატორიული დანადგარის მუშა კვანძისათვის წყლის ნაკადის პარამეტრების თეორიული გათვლა ჰიბრიდული რეჟიმის პირობებში რეინოლდსის რიცხვის დახმარებით Re = , სადაც 𝑣- სიჩქარეა, 𝑑-ჰიდრავლიკური დიამეტრია, 𝜈-სითხის კინემატიკური სიბლანტეა. ლაბორატორიული მუშა კვანძის- სადაწნეო საკნის გეომეტრიული ზომებია: სიგანე B=9მმ=9× 10 მ; სიგრძე 𝑙 = 30მმ = 30 × 10 მ; სიმაღლეები: ℎ = 1 მმ=1 × 10 მ და ℎ = 0,6მმ = 0,6 × 10 მ; წყლის კინემატიკური სიბლანტის კოეფიციენტი 200C-ზე შეადგენს 𝜈 = 1,004 მმ2/წმ = 1,004×10-6 მ2/წმ. ცხრილში 1. მოყვანილია ჰიბრიდული რეჟიმის პირობებში მუშა კვანძის სხვადასხვა სიმაღლისათვის ჰიდრავლიკური მახასიათებლები, Re რიცხვის მნიშვნელობები წყლის სიჩქარეებისთვის: 0,5 მ/წმ; 1,3333 მ/წმ; 1,5 მ/წმ; 2მ/წმ; 2,075მ/წმ; 2,541მ/წმ; 6 მ/წმ; 6,83 მ/წმ და შესასვლელ კვეთში წყლის ხარჯი Q,: ასევე ჩეულებრივი რეჟიმის პირობებში სადაწნეო საკნისათვის სიმაღლით ℎ = 0,6მმ = 0,6 × 10 მ −თვის. ცხრილი1-ის თეორიული გაანგარიშების მონაცემებით სადაწნეო საკანში ჰიბრიდული რეჟიმის პირობებში ლამინარული დინებას ადგილი აქვს : როდესაც h= 1მმ 𝑣 ≤ 𝑣კრ=2,541 მ/წმ და ℎ = 0,6მმ = 0,6 × 10 მ 𝑣 ≤ vკრ=6,83 მ/წმ. როგორც ცხრილი 1-დან ჩანს ხარჯის Q=2,7×10- 6მ3/წმ მიწოდებით (ცხრილში აღნიშნულია დახრილი შრიფტით) საკანში ჩვეულებრივი დინებით ვითარდება 𝑣=0,5 მ/წმ სიჩქარე, ხოლო ჰიბრიდულის შემთვევაში 𝑣=1,333 მ/წმ. Georgian Scientists/ქართველი მეცნიერები ტ. 7 N 2, 2025 675 ცხრილი 1. თეორიული ანგარიშის შედეგები ჰიბრიდული და ჩვეულებრივი რეჟიმებისათვის. ექსპერიმენტული ნაწილი. ლაბორატორიულ დანადგარზე ჩატარდა ექსპერიენტები როგორც ჩვეულებრივი დინებით, ასევე ჰიბრიდულით ლამინარული რეჟიმის პირობებში გამოხდილ წყალზე მემბრანაზე ფორის ზომით 2 მკმ წნევა P=1 ატ ისე, რომ შესასვლელ კვეთში წყლის ხარჯი იყო Q=2,7×10-6მ3/წმ. ცდების შედეგები მოცემულია ცხრილში 2. ცხრილი 2.ექსპერიმენტების შედეგები წნევა P ატ ხარჯი Q მ3/წმ T C0 J ლ/(სთ მ2) 1 2,7×10-6 20 ჩვეულებრივი სიჩქარე 𝑣=0,5მ/წმ ჰიბრიდული სიჩქარ𝑣=1,333 მ/წმ 2000 2500 Georgian Scientists/ქართველი მეცნიერები ტ. 7 N 2, 2025 676 ექსპერიმენტებით მიღებული ხვედრითი წარმადობის მნიშვნელობა ჰიბრიდულ რეჟიმის დროს გაცილებით ბევრად მეტია ვიდრე ჩვეულებრივი რეჟიმის დროს. ეს იძლევა საშუალებას გავაკეთოთ შემდეგი დასკვნა: თანაბარი ენერგეტიკული დანახარჯების პირობებში უპირატესობა ენიჭება ჰიბრიდულ რეჟიმს. ასევე ჩატარებულ იქნა ექსპერიმენტები ლაბორატორიულ დანადგარზე ჰიბრიდული რეჟიმის პირობებში მემბრანაზე ფორის ზომით 2 მკმ P=0,5 ატ 𝑣=1მ/წმ გამოხდილ წყალზე სიმღვრივით 0,03 NTU და კრანის წყალზე სიმღვრივით 0,75 NTU. ექსპერიმენტების შედეგები მოყვანილია ცხრილში 3. ცხრილი 3. .ექსპერიმენტების შედეგები წნევა P ატ ტემპერატურა T C0 სიჩქარე 𝑣 მ/წმ ხვედრითი წარმადობა J ლ/(სთ მ2) გამოხდილი წყალი 0,03 NTU კრანის წყალი 0,75 NTU ჰიბრიდული ჩვეულებრივი ჰიბრიდული ჩვეულებრივი 0,5 20 1 2900 2000 1700 1200 როგორც ცხრილი 3-დან ჩანს ექსპერიმენტებით მიღებული ხვედრითი წარმადობების მნისვნელობები ბევრად აღემატება ჰიბრიდული რჟიმის პირობებში, ვიდრე ჩვეულებრივი რეჟიმის დროს. განსჯა. ამრიგად, ჰიბრიდული რეჟიმის პირობებში მემბრანული დანადგარის სადაწნეო საკნის სიმაღლის განსხვავებული მნიშვნელობისათვის, დადგენილია ლამინარული და ტურბულენტური რეჟიმების სიჩქარეთა დიაპაზონი. ლაბორატორიულ დანადგარზე ჩატარებულმა ექსპერიმენტების შედეგებმა დაგვანახა ჰიბრიდული რეჟიმის უპირატესობა, რომელიც საწინდარია მემბრანული დანადგარების მაღალეფექტურობის, და რაც მთავარია ხელს შეუწყობს სამამულო წარმოების საწარმოო მემბრანული დანადგარების დამუშავებასა და შექმნას. ლიტერატურა 1.ბილეიშვილი გ.ვ., ყუფარაძე ლ.პ., კეჟერაშვილი მ.გ., გოგესაშვილი ნ.ნ., ებანოიძე ლ.ო.“ სადაწნეო საკანში წყლის ნაკადის ტურბულენტური რეჟიმის თეორიული დახასიათება“. საქართველოს საინჟინრო სიახლენი, №1 ტ. 97, 2023. გვ.111-114. ISSN 1512-0287 2. ბიბილეიშვილი გ.ვ.,კეჟერაშვილი მ. გ., ყუფარაძე ლ.პ., ჯავაშვილი ზ.დ. „მიკროფილტრაციული პროცესში ნაკადის ჰიდროდინამიკის კვლევა მემბრანული სისტემების სადაწნეო საკნის ოპტიმალური გეომეტრიული კონფიგურაციის შესწავლისათვის.“.საქართველოს საინჟინრო სიახლენი, №2 ტ. 98, 2023, გვ 87. ISSN 1512-0287 3..ბიბილეიშვილი გ.ვ., ყუფარაძე ლ.პ., კეჟერაშვილი მ.გ.“წყლის ნაკადის დინების თეორიული და ექსპერიმენტული კვლევა სადაწნეო საკნის განსხვავებული გეომეტრიისათვის კვლევა“. საქართველოს საინჟინრო სიახლენი, №2 ტ.98, 2023, გვ 51. ISSN 1512-0287 Georgian Scientists/ქართველი მეცნიერები ტ. 7 N 2, 2025 677 4. Belfort, G. (1976), Cleaning of reverse osmosis membranes in wastewater renovation, in Water 75, published by AIChE, NY, 76-81. 5. Venkiteshwaran A. and Belfort, G. (2010) process optimization diagrams for membrane microfiltracion, J. Membrane Science, 357 (1-2) 105-108 Theoretical studies and experimental results of tangential baromembrane process through hybrid flow implementation on natural water. George Bibileishvili1, Liana Kuparadze2, Zaza Javashvili3, Mzia Kezherashvili4, Elene Kakabadze5 Engineering Institute of Membrane technologies of Georgian Technical University abstract The paper presents theoretical studies on the implementation of hybrid flow in natural water in devices designed to implement baromembrane separation processes. The Reynolds number is used for the theoretical calculation of hydrodynamic characteristics, and the regime parameters of the hybrid flow were determined through theoretical studies. Critical velocity values, laminar and turbulent flow velocity ranges were determined for different values of the pressure cell height. In addition, a comparison of the water flow regime parameters in the pressure cell with the hybrid flow regime parameters showed that under the hybrid regime, the velocity developed when delivering the same flow rate exceeds the water flow velocity, and according to the experimental results, under the hybrid flow conditions the specific permeability significantly exceeds the specific permeability obtained with conventional flow. Thus, the results of experiments conducted on a laboratory device show the advantage of the hybrid mode, which is a prerequisite for the high efficiency of membrane devices and, most importantly, will facilitate the development and creation of domestically produced industrial membrane devices. Keywords: hybrid flow, laminar and turbulent flow, specific permeability.