Россия
Выполнены экспериментальные исследования процесса седиментации одиночных частиц песка в турбулентном режиме. Получено критериальное уравнение для расчета скорости осаждения одиночных частиц песка
седиментация, эксперимент, критериальное уравнение
Процессы седиментации широко используются в химической и строительной промышленности для очистки сточных вод от взвешенных частиц примесей. Целью экспериментальных исследований является получение критериального уравнения для расчета скорости осаждения частиц песка в турбулентном режиме в промышленных отстойниках.
В работе [1] методом анализа размерностей получен общий вид критериального уравнения для процесса седиментации:
, (1)
где Re – критерий Рейнольдса; Ar – критерий Архимеда; n, m – коэффициенты, значения которых определяются экспериментально.
Критерий Рейнольдса при седиментации:
,
где wос – скорость осаждения, м/с; dcp – средний объемно-поверхностный диаметр частиц песка, м; ρж – плотность жидкости, кг/м3; µж – динамический коэффициент вязкости жидкости, Па·с.
Критерий Архимеда:
,
где ρ – истинная плотность частиц песка, кг/м3.
Эксперименты (табл. 1, рис. 1) проведены при следующих условиях: высота слоя воды h=0,4 м; температура воды t=20 °С; средний объемно-поверхностный диаметр частиц песка dcp=0,0028-0,0043 м; истинная плотность частиц песка ρ=2650 кг/м3.
Таблица 1 – Данные по седиментации одиночных частиц песка в воде
|
№ п/п |
dcp, м |
τ, с |
w, м/с |
Re |
Ar |
|
1 |
0,0043 |
1,25 |
0,320 |
1265 |
1085911 |
|
2 |
0,0038 |
1,32 |
0,303 |
1057 |
747314 |
|
3 |
0,0031 |
2,17 |
0,184 |
522 |
400391 |
|
4 |
0,0029 |
1,97 |
0,203 |
543 |
337572 |
|
5 |
0,0028 |
1,71 |
0,234 |
606 |
306903 |
|
6 |
0,0032 |
1,84 |
0,217 |
631 |
431177 |
|
7 |
0,0040 |
1,31 |
0,305 |
1126 |
882886 |
|
8 |
0,0040 |
1,51 |
0,265 |
977 |
882886 |
|
9 |
0,0032 |
1,64 |
0,244 |
726 |
465202 |
|
10 |
0,0032 |
1,97 |
0,203 |
605 |
465202 |
|
11 |
0,0032 |
1,96 |
0,204 |
597 |
442139 |
|
12 |
0,0033 |
1,77 |
0,226 |
697 |
516374 |
|
13 |
0,0040 |
1,51 |
0,265 |
977 |
882885 |
|
14 |
0,0032 |
2,16 |
0,185 |
542 |
442139 |
Из анализа экспериментальных данных следует, что процесс осаждения одиночных частиц песка в воде проходил в турбулентном режиме (Re>500).
Рисунок 1 – Критериальная зависимость седиментации крупных частиц песка
Критериальное уравнение, соответствующее графику, представленному на рисунке 1, имеет вид:
. (2)Величина достоверности аппроксимации уравнения (2) составляет 0,9118. Уравнение (2) можно использовать при разработке промышленных отстойников, предназначенных для очистки сточных вод от крупных частиц песка.
1. Бальчугов А.В., Бадеников А.В., Баранова А.А. Критериальное уравнение процесса седиментации в переходном режиме // Вестник Ангарского государственного технического университета. – 2023. – С. 53-56.
