![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Гидродинамика течения жидкости под влиянием собственного веса в порах осадка
Дренированием называют операцию обезвоживания за счет стекания жидкости под влиянием собственного веса по капиллярам осадка. Такой процесс проходит эффективно, когда размер частиц осадка, как правило, более 2 мм. Количество вытекающей жидкости по капилляру определяется режимом течения. Режимы течения бывают трех типов: ламинарным, турбулентным и промежуточным. Характер течения в капиллярах осадка можно определить по числу: где D - диаметр капилляра, см; V - скорость течения, см/сек; n - кинематическая вязкость для воды равна 0, 01 см2/сек При Re > 20 ¸ 50 ламинарный режим переходит в турбулентный. Размер пор в осадке оценивают из диаметра частиц. Задаваясь формой и упаковкой частиц в осадке, рассчитывают радиус межзеренного пространства. При плотной укладке шарообразных зерен эффективный радиус межзеренных каналов (R эф) составляет
где При других упаковках, которые чаще встречаются для сыпучих материалов, Rэф принимает величину
При этом Считается, что более вероятна упаковка с числом соседей, равным шести. По данным опытов в каждом сечении осадка имеется распределение размеров каналов. При этом для осадков с полидисперсными зернами D min близок к нулю. Удельный расход жидкости определяется также величиной гидравлического уклона i (перепад давления по длине осадка), который является движущей силой процесса. Величина гидравлического уклона i рассчитывается как
где g - плотность жидкости; h и L - высоты, соответственно уровня воды над осадком и осадка; H=h+L. Как видно из расчета числа Рейнольда, при дренировании чаще всего наблюдается переходный режим течения жидкости по капиллярам осадка. Скорость вытекания жидкости для переходного режима определяется по формуле:
где e- пористость осадка; g - ускорение силы тяжести, 981 см/с2; d - диаметр зерна осадка, см; i - гидравлический уклон; n - кинематическая вязкость, см2/с; А и В - коэффициенты, зависящие от формы зерен и незначительно от природы материала (табл.1.1): Таблица 3.1. Зависимость коэффициентов А и В от формы зерна и природы материала
При ламинарном течении уравнение (3.2) переходит в закон Дарси (3.4). При этом:
где К ф - коэффициент сопротивления движению жидкости через осадок. В условиях, когда вязкость не играет роли (n = 0), выражение (3.2) переходит в закон квадратичного сопротивления (инерционная сила больше силы вязкости):
Для того чтобы определить режим течения при дренировании по значению числа Рейнольдса, необходимо подсчитать диаметр капилляров в осадке и экспериментально определить скорость течения жидкости, в соответствии с числом Рейнольдса выбрать формулу для расчета и проверить ее соответствие экспериментальным данным. Приведем пример расчета: d зер = 4 мм, d кап = 0, 4∙ 0, 28 = 0, 112 см. Определенная экспериментально средняя скорость движения жидкости по капиллярам осадка составила: Vср = 1, 5 см/с, тогда следовательно, наиболее вероятен переходный режим движения. Поэтому расход жидкости следует рассчитывать по формуле (3.3) для переходного режима. Режим течения можно также оценить по выражению (3.5). Обычно гидравлический уклон i при дренировании равен 2¸ 3. Пористость можно оценить по удельной средней r и объемной r0 массе:
Если i > 0, 616, то режим вытекания жидкости из кускового материала со средним диаметром зерна 0, 4 см можно считать переходным. Следовательно, определение режима течения по межзерновым каналам осадка по значению Re и по формуле (3.2) дают идентичные результаты. Чтобы рассчитать значение критерия Рейнольдса, нужно знать средний диаметр каналов в осадке и скорость течения жидкости по ним, а для расчетов режима течения по формуле (3.2) нужно иметь значения среднего диаметра каналов в осадке и его пористость (или удельную и объемную массу сухого осадка). Необходимо отметить, что турбулентный режим течения при дренировании маловероятен. Вытекание воды из осадка, состоящего из кускового материала, фактически будет происходить по двум режимам: в начале при переходном и в конце при ламинарном, так как значение гидравлического уклона по мере обезвоживания будет уменьшаться. Поэтому на практике существует оптимальное время обезвоживания, после которого скорость дренирования резко падает.
|