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.
