Поселение - Settling - Wikipedia

Пруд-отстойник для частиц железа на гидротехнических сооружениях

Поселение это процесс, при котором частицы оседают на дно жидкости и образуют осадок. Частицы, испытывающие действие силы тяжести или центробежное движение будет стремиться двигаться равномерно в направлении, создаваемом этой силой. При осаждении под действием силы тяжести это означает, что частицы будут стремиться падать на дно емкости, образуя суспензия на базе судна.

Оселение - важная операция во многих приложениях, таких как добыча полезных ископаемых, Сточные Воды лечение, биологическая наука, Космос пропеллент повторное зажигание^[1] и черпать.

Физика

Ползучий поток мимо сферы: рационализирует, сила сопротивления F_d и сила тяжести F_грамм.

Для осаждения частиц, которые рассматриваются по отдельности, то есть разбавленных растворов частиц, на любую частицу действуют две основные силы. Основная сила - это приложенная сила, например сила тяжести, и тащить сила, возникающая из-за движения частицы через жидкость. На приложенную силу обычно не влияет скорость частицы, в то время как сила сопротивления является функцией скорости частицы.

Для покоящейся частицы не будет проявляться сила сопротивления, которая заставляет частицу ускоряться из-за приложенной силы. Когда частица ускоряется, сила сопротивления действует в направлении, противоположном движению частицы, замедляя дальнейшее ускорение, в отсутствие других сил сопротивление прямо противоположно приложенной силе. По мере увеличения скорости частицы в конечном итоге сила сопротивления и приложенная сила будут примерно приравнять, не вызывая дальнейшего изменения скорости частицы. Эта скорость известна как предельная скорость, скорость оседания или же скорость падения частицы. Это легко измерить, исследуя скорость падения отдельных частиц.

На предельную скорость частицы влияют многие параметры, то есть все, что изменит сопротивление частицы. Следовательно, конечная скорость наиболее заметно зависит от размером с зернышко, форма (округлость и сферичность) и плотность зерен, а также вязкость и плотность жидкости.

Одиночное сопротивление частиц

Сопротивление Стокса

Безразмерная сила в зависимости от числа Рейнольдса для сферических частиц

Для разбавленных суспензий Закон Стокса предсказывает скорость оседания малых сфер в жидкость, воздух или вода. Это происходит из-за силы вязких сил на поверхности частицы, обеспечивающей большую часть тормозящей силы. Закон Стокса находит множество применений в естествознании и определяется следующим образом:

{ displaystyle w = { frac {2 ( rho _ {p} - rho _ {f}) gr ^ {2}} {9 mu}}}

куда ш - скорость осаждения, ρ - плотность (индексы п и ж указать частицу и жидкость соответственно), грамм ускорение свободного падения, р - радиус частицы и μ - динамическая вязкость жидкости.

Закон Стокса применяется, когда Число Рейнольдса, Re частицы меньше 0,1. Экспериментально установлено, что закон Стокса выполняется в пределах 1% для ${ Displaystyle Re leq 0.1}$ , в пределах 3% для ${ Displaystyle Re leq 0,5}$ и в пределах 9% ${ Displaystyle Re leq 1.0}$ .^[2] С увеличением числа Рейнольдса закон Стокса начинает нарушаться из-за возрастающей важности инерции жидкости, что требует использования эмпирических решений для расчета сил сопротивления.

Ньютоновское сопротивление

Определение коэффициент трения, ${ displaystyle C_ {d}}$ , как отношение силы, действующей на частицу, к ударное давление жидкости устанавливается коэффициент, который можно рассматривать как передачу имеющейся силы жидкости в сопротивление. В этой области инерция ударной жидкости отвечает за передачу большей части силы частице.

{ displaystyle C_ {d} = { frac {F_ {d}} {{ frac {1} {2}} rho _ {f} U ^ {2} A}}}

Для сферической частицы в режиме Стокса это значение непостоянно, однако в режиме ньютоновского сопротивления сопротивление шара может быть аппроксимировано константой 0,44. Это постоянное значение означает, что эффективность передачи энергии от жидкости к частице не зависит от скорости жидкости.

Таким образом предельная скорость частицы в ньютоновском режиме снова можно получить, приравняв силу сопротивления к приложенной силе, что приведет к следующему выражению

{ displaystyle w = 2,46 left ({ frac {( rho _ {p} - rho _ {f}) gr} { rho _ {f}}} right) ^ { frac {1} { 2}}.}

Переходное сопротивление

В промежуточной области между сопротивлением Стокса и сопротивлением Ньютона существует переходный режим, когда аналитическое решение проблемы падающего шара становится проблематичным. Чтобы решить эту проблему, используются эмпирические выражения для расчета сопротивления в этой области. Одним из таких эмпирических уравнений является уравнение Шиллера и Науманна, и оно может быть справедливым для ${ Displaystyle 0.2 leq Re leq 1000}$ :^[3]

{ displaystyle { frac {F} { rho _ {f} U ^ {2} A}} = { frac {12} { mathrm {Re}}} left (1 + 0,15 mathrm {Re} ^ {0.687} right).}

Затрудненное заселение

Стокса, переходное и ньютоновское осаждение описывают поведение одиночной сферической частицы в бесконечной жидкости, известное как свободное осаждение. Однако у этой модели есть ограничения в практическом применении. Альтернативные соображения, такие как взаимодействие частиц в жидкости или взаимодействие частиц со стенками контейнера, могут изменить характер осаждения. Оседание, в котором эти силы действуют в значительной степени, известно как затрудненное оседание. Впоследствии полуаналитические или эмпирические решения могут использоваться для выполнения значимых расчетов затрудненного оседания.

Приложения

Системы потока твердого газа используются во многих промышленных применениях, таких как сухие каталитические реакторы, отстойники, пневматическая транспортировка твердых веществ и многое другое. Очевидно, что на промышленных предприятиях правило сопротивления не является простым, поскольку единственная сфера устанавливается в неподвижной жидкости. Однако эти знания показывают, как сопротивление ведет себя в более сложных системах, которые разрабатываются и изучаются инженерами с применением эмпирических и более сложных инструментов.

Например, Поселение танки используются для отделения твердых частиц и / или масла от другой жидкости. В переработка пищевых продуктов, овощ измельчают и помещают в отстойник с водой. Масло всплывает на поверхность воды, а затем собирается. В воде и сточных водах очистка воды а флокулянт часто добавляется до осаждения для образования более крупных частиц, которые быстро оседают в отстойнике или наклонный пластинчатый отстойник, оставляя воду с более низким мутность.

В виноделие, то Французский срок для этого процесса дебурбаж. Этот этап обычно происходит при производстве белого вина до начала ферментация.^[4]

Анализ осаждаемых твердых веществ

Оседающие твердые вещества частицы, которые оседают из неподвижной жидкости. Оседающие твердые частицы могут быть определены количественно для приостановка используя конус Имхоффа. Стандартный конус Имхоффа из прозрачного стекла или пластика вмещает один литр жидкости и имеет калиброванную маркировку для измерения объема твердых частиц, накопившихся на дне конической емкости после осаждения в течение одного часа. Стандартизированная процедура конуса Имхоффа обычно используется для измерения взвешенных твердых частиц в Сточные Воды или же ливневый сток. Простота метода делает его популярным для оценки качество воды. Для численного измерения стабильности взвешенных твердых частиц и прогнозирования агломерации и седиментации, дзета-потенциал обычно анализируется. Этот параметр указывает на электростатическое отталкивание между твердыми частицами и может использоваться для прогнозирования того, произойдет ли агрегирование и осаждение с течением времени.

Измеряемая проба воды должна быть репрезентативной для всего потока. Образцы лучше всего собирать из выпускного отверстия, падающего из трубы или через водослив, потому что образцы, снятые с верхней части проточного канала, могут не захватить более крупные твердые частицы с высокой плотностью, движущиеся по дну канала. Ведро для отбора проб интенсивно перемешивают, чтобы равномерно повторно суспендировать все собранные твердые частицы непосредственно перед заливкой объема, необходимого для заполнения конуса. Заполненный конус немедленно помещается в стационарную стойку для выдерживания, чтобы обеспечить спокойное осаждение. Стойку следует размещать вдали от источников тепла, включая прямые солнечные лучи, которые могут вызвать токи внутри конуса из-за изменений тепловой плотности жидкого содержимого. После 45 минут осаждения конус частично поворачивается вокруг своей оси симметрии ровно настолько, чтобы сместить любой осевший материал, приставший к стороне конуса. Наблюдают и измеряют скопившийся осадок через пятнадцать минут, по прошествии одного часа общего времени оседания.^[5]

Смотрите также

Уравнение перетаскивания
Дзета-потенциал - Электрокинетический потенциал в коллоидных дисперсиях
Седиментация - Склонность частиц в суспензии оседать
Отстойник
Суспензия (химия) - Гетерогенная смесь твердых частиц, диспергированных в среде
Всего взвешенных твердых частиц - параметр качества воды

внешняя ссылка

Методология осажденных твердых веществ
Калькулятор предельной скорости по закону Стокса
Калькулятор конечной скорости оседания для всех чисел Рейнольдса
Затрудненное оседание, конструкция загуститель непрерывного действия от Coe and Clevenger

[aiaa20100902-1] Зеглер, Франк; Бернард Куттер (02.09.2010). «Переход к архитектуре космического транспорта на базе депо» (PDF). Конференция и выставка AIAA SPACE 2010. AIAA. Архивировано из оригинал (PDF) на 2013-05-10. Получено 2011-01-25. Он потребляет отработанный водород и кислород для производства энергии, создания тяги для стабилизации и ориентации.

[Rhodes-2] Мартин Родс. Введение в технологию частиц.

[CoulsonAndRichardsonV2-3] Химическая инженерия. 2. Пергамский пресс. 1955 г.

[Oxford_pg_223-4] Робинсон, Дж. (Редактор) (2006) "Оксфордский компаньон вина" Третье издание с. 223 Oxford University Press, ISBN 0-19-860990-6

[5] Фрэнсон, Мэри Энн (1975) Стандартные методы исследования воды и сточных вод 14-е издание, APHA, AWWA и WPCF ISBN 0-87553-078-8 С. 89–91, 95–96

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]