Sedimentation of a bidispersed cluster of solid spherical particles.pdf Исследование характеристик движения кластера частиц при осаждении в поле силы тяжести представляет интерес в задачах экологии (в частности, очистка воды от угольной пыли в открытых разрезах) и метеорологии, в теплоэнергетике, в химической технологии и в ряде других отраслей техники и технологии [1, 2]. Для определения эволюции формы и скорости осаждения кластера частиц используются, как правило, результаты экспериментальных исследований, так как теоретический анализ задачи не позволяет однозначно определить данные параметры [3-7]. Результаты экспериментальных исследований закономерностей гравитационного осаждения совокупности твердых частиц приведены в работах [8-16]. Анализ известных экспериментальных методов показал, что одним из определяющих факторов, влияющих на характеристики осаждения частиц, является способ введения частиц в жидкость. В настоящей работе представлены метод и результаты экспериментального исследования гравитационного осаждения с нулевой начальной скоростью бидисперсного кластера твердых сферических частиц в вязкой жидкости. Описание установки и методика проведения эксперимента Схема установки [17] для исследования осаждения кластера твердых частиц приведена на рис. 1. Установка состоит из прозрачной кюветы с жидкостью, выполненной в виде прямоугольной призмы размером 300x300x900 мм, погруженного в вязкую жидкость сферического контейнера, наполненного твердыми сфе- 1 Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 15-1910014) и Минобрнауки РФ в рамках государственного задания No. 0721-2020-0036.. В.А. Архипов, С.А. Басалаев, Н.Н. Золоторёв, К.Г. Перфильева 78 рическими частицами и системы визуализации. Контейнер состоит из неподвижной 1 и подвижной 2 водонепроницаемых оболочек, заполненный частицами 3. Подвижная оболочка закреплена на оси 4, установленной в подшипниках 5 с возможностью ее вращения. Заполненный частицами контейнер закрывают поворотом подвижной оболочки и помещают в кювету 6 с жидкостью 7. После этого контейнер наполняют водой через патрубок 8 с вентилем 9 из емкости 10, излишек воды вытесняется через дренажную трубку 11. Перемешивание частиц с водой в контейнере производится воздействием ультразвуковых колебаний от генератора 12 типа УЗГМ-10-22МС. В процессе перемешивания постепенно вода вытесняется вязкой жидкостью, подаваемой в контейнер из емкости 13 через вентиль 14 и патрубок 15. После полного замещения воды вязкой жидкостью контейнер открывают, и сферический кластер частиц начинает осаждаться в кювете с жидкость. Визуализация осаждения проводится в двух ракурсах с использованием видеокамер 16 типа «Citius C 100» и «Panasonic HDC-SD60». 10 13 Рис. 1. Схема экспериментальной установки Fig. 1. Schematic diagram of the experimental setup Осаждение бидисперсного кластера твердых сферических частиц 79 Время открытия контейнера, обеспечивающее минимальную деформацию кластера в период открытия, определяется формулой [17] At < 0.45Dc ц (р (-р/ )DL. g (1) где Dc - диаметр контейнера; - коэффициент динамической вязкости жидкости; рр - плотность материала частиц; рг - плотность жидкости; Dmax - диаметр наиболее крупных частиц в кластере; g - ускорение свободного падения. Начальная объемная концентрация частиц в кластере определяется формулой D3 с i=1 () где Ni, Di - количество и диаметр частиц i-й фракции. Результаты экспериментального исследования Экспериментальное исследование гравитационного осаждения бидисперсного кластера твердых сферических частиц в вязкой жидкости проводилось с использованием смеси шариков из стали марки 95Х18 диаметром 2 и 3 мм. Плотность материала частиц рр = 7748 кг/м3 измерялась взвешиванием на аналитических весах набора из 100 шариков. Для ввода частиц в вязкую жидкость использовался контейнер диаметром Dc = 28 мм. В качестве жидкости использовалось силиконовое масло ПМС-10000. Плотность жидкости рг = 972 кг/м3 измерялась ареометром при температуре эксперимента. Коэффициент динамической вязкости жидкости ц = (9.78 ± 0.03) Пас при T = 23.5 °С измерялся по скорости стационарного осаждения в стоксовском режиме (при числах Рейнольдса Re

Скачать электронную версию публикации