自由沉降速度

更新时间:2022-01-09 20:16

自由沉降速度又称终端速度。指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰时,在等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度。即加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度。

原理

单个颗粒在流体中的沉降过程称为自由沉降。若颗粒数量较多,相互间距离较近,则颗粒沉降时相互间会干扰,称为干扰沉降。自由沉降与干扰沉降相比较为简单,下面主要讨论自由沉降。

颗粒刚开始沉降时,速度u为零,则曳力也为零,颗粒在净质量力(质量力与浮力之差)作用下沿质量力方向作加速运动,随着运动速度u的增加,曳力开始由零不断增大,直至与净质量力相等为止,这时,颗粒加速度减为零,速度u达到一恒定值,也是最大值,此后,颗粒等速下降,这一最终的运动速度称为沉降速度。

由此可见,单个颗粒在流体中的沉降过程分为两个阶段:加速段和等速段,对于小颗粒,加速段极短,通常可以忽略,于是,整个沉降过程都可认为是加速直线运动。

影响因素

干扰沉降

干扰沉降中,由于颗粒之间的距离较小,颗粒在沉降过程中相互影响,使沉降速度要比自由沉降时的小。这种相互影响主要表现在以下两个方面:一是颗粒沉降时,流体被置换而向上运动,从而阻滞了邻近颗粒的沉降;二是大量颗粒的存在使流体的表观粘度和密度较纯流体的大。通常,干扰沉降速度可先按自由沉降计算,然后用经验法予以校正。

非球形颗粒的沉降

颗粒形状偏离球形程度越大,曳力系数越大,相应的,沉降速度越小。

对非球形颗粒,除了颗粒形状偏离球形程度对沉降速度有影响外,颗粒的位向对沉降速度也有影响,例如,针形颗粒直立着沉降与平卧着沉降,其阻力显然大有区别。

壁面效应

容器的壁面会增大颗粒沉降时的曳力,使颗粒的沉降速度比按自由沉降的计算值小。

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