非均勻顆粒群體沉速試驗方法的分析

1、非均勻顆粒群體沉速試驗方法的分析         06-02-21 17:30:00     作者：郜國明1，郭選英1，    編輯：studa9ngns摘要：非均勻顆粒群體沉降現象在自然界相當普遍，本文分析非均勻顆粒群體沉速的試驗方法，比較各種沉降試驗和流態(tài)化試驗，得到認識：深度取樣錐體筒流態(tài)化法是目前較好的試驗方法。 關鍵詞：非均勻顆粒群體沉速 試驗方法 沉降試驗 流態(tài)化試驗  1 前言顆粒群體在流體中的運動或流體穿過顆粒

2、群體的流動在自然界相當普遍，如：河流、海岸泥沙在水流中的沉降，塵埃、煙霧及火山灰在大氣中的沉浮運動，沉沙池中泥沙的沉淀，重力選礦技術中礦物顆粒在液體中的分選，土壤滲流，化工、石油、冶金及煤炭工業(yè)中的流態(tài)化技術等，這些現象中的固體顆粒與流體之間相對流速稱作群體沉速，而且顆粒群體多是不均勻的，因此，研究非均勻顆粒群體沉速具有重要的生產意義，本文著重對非均勻顆粒群體沉速的試驗方法進行分析?，F有研究顆粒群體沉速的試驗方法主要有兩大類：沉降試驗和流態(tài)化試驗。2 沉降試驗沉降試驗就是讓固體顆粒在流體介質中沉降，根據測量和研究沉速的方法不同，又分為：底抽管法、重復深度吸管法和沉沙池法。2.1 底抽管法底抽管

3、法，又叫做Oden方法，最初是用來作為固體顆粒級配分析的，在一個內徑4cm、長約130cm的玻璃筒中形成一定均勻初始濃度的稀懸浮液，液柱高為h，然后在不同沉降歷時t由底部抽出少量的懸浮液，并求得其中的顆粒重量，由此計算出筒內剩余的顆粒重量G，然后點繪Gt曲線（Oden曲線），如圖1。在Oden曲線上ti對應的點作切線交G軸于Gi，則Gi為顆粒樣品中沉速小于h/ti的顆粒百分數。當濃度較大時，h/ti與顆粒群體沉速有關，因此底抽管法被演變用來研究顆粒群體沉速。圖1 Oden曲線Curve of Oden底抽管法的方法本身主要是用來作顆分的，但當用來研究顆粒群體沉速時就顯得過于粗糙。2.2 重復深

4、度吸管法重復深度吸管法，即McLaughlin法，是在底抽管法基礎上加以改進而成的，取樣部位不局限于筒底，而是選在筒中的不同深度，測出該深度的濃度SV。假定初始時濃度沿水深y均勻分布，試驗過程中測定各種初始濃度下不同沉降歷時沿水深的濃度分布，根據顆粒連續(xù)方程對水深y積分得到(1)其中，為顆粒群體沉速，用圖積分或有限差分法可以求出不同水深yi的沉速隨沉降歷時變化規(guī)律。重復深度吸管法，比底抽管法前進了一大步，可以得到不同水深的沉速隨沉降歷時變化規(guī)律，但不足的是沉速隨著時間（不同歷時）、空間（不同深度）均在變化，這給沉速的選取帶來了困難，不同處理方法的代表沉速差別較大。2.3 沉沙池法將非均勻顆粒群

5、體放入紊動水流的沉沙池中，分析顆粒在紊動水流中的運動、下落在沉沙池底部的淤積分布，以此來研究非均勻顆粒群體的沉降規(guī)律。文獻通過試驗和求解顆粒運動方程，分析顆粒在紊動水流中的運動軌跡、下落機率分布和淤積量分布；文獻運用紊流中顆粒運動的隨機理論，建立懸浮顆粒的沉降模式，得到顆粒沉降的分布密度函數，然后根據分布密度函數計算出顆粒沉降后的分布區(qū)間、某粒徑在分布區(qū)間的沉降率以及不同級配組成的泥沙沉降率。沉沙池法，主要分析顆粒在紊動水流中的運動情況，方法的優(yōu)點是水流為紊動的，這較符合實際中的大多數現象，不足之處同重復深度吸管法，沉速隨著時間、空間均在變化而難以選取。   &#

6、160; 06-02-21 17:30:00     作者：郜國明1，郭選英1，    編輯：studa9ngns3 流態(tài)化試驗流態(tài)化試驗是讓流體在一個垂直柱體容器中自下而上流動，沖起一定量的固體顆粒并使之具有某種濃度而懸浮在流體中，流體速度越大，顆粒層被沖得越高，濃度就越小，根據相對運動原理，此時流體的斷面平均流速即為相應濃度的顆粒群體沉速。比較顆粒群體沉速和顆粒濃度的測量精度，流態(tài)化法要優(yōu)越于沉降法，因為流態(tài)化法試驗筒中的顆粒群體沉速和顆粒濃度在時均意義上是恒定的。但是，這種柱體容器流態(tài)化法對于均勻顆粒較適用，

7、當顆粒不均勻時，顆粒會發(fā)生一定程度的分選，即較為粗而重的顆粒在下部，較為細而輕的顆粒在上部（甚至被沖走），并且濃度是下部大上部小，此時，用唯一的斷面平均速度來代表這樣一個粒徑和濃度均用唯一的顆粒群體的沉速，較粗糙。對于非均勻顆粒群體的流態(tài)化法試驗，有簡單錐體筒流態(tài)化法和深度取樣錐體筒流態(tài)化法兩種。圖2 簡單錐體筒流態(tài)化法示意圖Sketch of fluidization experiment insimple cone-shaped tube3.1 簡單錐體筒流態(tài)化法簡單錐體筒流態(tài)化法，是文獻針對一般的垂直柱體容器流態(tài)化導致的顆粒分層現象進行改進，設計成為圖2所示的試驗方法，在試驗中，讓流量為Q的流體自下而上在一個錐體筒中流動，沖起一定量的稍微有非均勻性的固體顆粒群體，非均勻性系數（級配曲線上級配百分數75和25各對應