紊流中细小颗粒凝聚的动力学

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1、紊流中细小颗粒凝聚的动力学摘要颗粒凝聚的动力学包括混凝动力学和疏水性絮凝动力学，在紊流中已经进行了研究。通过理论分析和实验结果发现颗粒凝聚的宏观动力模型与宏观颗粒间的相互作用密切相关。相互接近的颗粒间的能垒Umax决定一个颗粒的碰撞是否导致有效凝聚。而已凝聚的颗粒的吸附能力J决定已成型的凝聚物是否被在紊流粘性波段的表面腐蚀打破，或被在紊流惯性波段的分裂作用破坏。凝聚物的最大尺寸dmax取决于紊流中凝聚力与破坏力的比率。由于在混凝和疏水性絮凝中颗粒间相互作用的性质明显不同，因此它们两个的凝聚动力学也不同。实验结果证明混凝过程在紊流中的粘性波段通常

2、与凝聚物的表面腐蚀作用同时完成，而疏水性絮凝过程主要受紊流中的惯性波段的凝聚物的破坏分裂机制的影响，因为絮凝物的力较强。在理论分析和实验结果的基础上，提出了一个大体的颗粒凝聚动力模型。关键词：细颗粒凝聚；混凝；疏水性凝聚；动力模型；紊流内容1.介绍1.1混凝和疏水性凝聚1.2紊流中的凝聚率1.3凝聚破坏机制2.材料和实验方法2.1样品和化学药剂2.2搅拌池2.3紊流测量2.4凝聚测量3.搅拌装置中紊流的特性3.1搅拌装置中紊流的基本性质3.2搅拌池中的紊流区域4.在混凝中和疏水性凝聚中颗粒间的相互作用4.1混凝中颗粒间的相互作用4.2疏水性凝聚

3、中颗粒间的相互作用4.3凝聚力5.颗粒凝聚的动力学5.1理论5.1.1凝聚物的形成5.1.2凝聚物的破坏5.13混凝的动力方程5.1.4疏水性凝聚的动力方程]5.1.5颗粒凝聚的动力模型5.1.6颗粒凝聚的初始常数5.2实验5.2.1颗粒凝聚的初始常数5.2.2混凝动力学5.2.3疏水性凝聚的动力学5.2.4通过油架桥增强疏水性凝聚6.总结6.1凝聚物的形成和能垒6.2凝聚物的破坏准数6.3混凝过程的动力模型6.4疏水性凝聚的动力模型6.5混凝与疏水性凝聚的动力区别7.术语7.1英语7.2希腊语参考文献1.介绍1.1混凝和疏水性凝聚在热动力不稳

4、定胶体体系或细粒分布体系中，凝聚一词通常是各种机理引起的颗粒凝聚现象的一个大体描述。凝聚过程由双电层的压缩引起的叫做混凝。凝聚过程由聚合分子的架桥作用引起的通常叫做絮凝或聚合物絮凝。除了这两个机理，颗粒表面的疏水性可能会导致在含水溶液中的一种密集颗粒凝聚[1-3]。这种凝聚可称为疏水性絮凝或疏水性凝聚，因为导致可凝聚的主要原因是颗粒间的疏水作用。在本文中，只考虑混凝和疏水凝聚。1.2紊流中凝聚率胶状颗粒凝聚动力学的研究可以追溯到1917年，当时VonSmoluchowski[4]第一次提出静态流或层流流体中胶状颗粒同向凝结的凝聚方程式。静态流体

5、中单分散胶体体系的凝聚动力公式中，凝聚动力只受颗粒的布朗动力的支配，可表示为：公式（1）层流剪切流体中凝聚时，凝聚过程的动力公式为：公式（2）这里G表示层流的统一剪切率。在Smoluchowski的分析中，层流剪切流中的颗粒是自由碰撞的，也就是说，颗粒间的相互碰撞是不影响其他颗粒的运行轨迹的。事实上这是不对的，这个问题已经被无数的后来的研究者所考虑到了。VandeVen和Mason[5]引入了一个俘获系数α到公式（2）中，它代表流体动力对凝聚动力过程的影响。因此，公式（2）就变成了：公式（3）如果讨论只限于混凝的最初阶段，根据VandeVen和

6、Mason原始颗粒的双碰撞占支配地位，俘获系数α可以近似用以下形式表示：公式（4）这里CA代表vanderWaals吸引力与流体动力之间的相对值的无穷小参数，可表示为：公式（5）在公式（1）—（3）中，通常是假设颗粒的每次碰撞都会不可避免的导致颗粒的凝聚。需考虑到的是颗粒间的相互作用可能会有能垒，如果能垒太高而不能被颗粒间的接近所超越的话，碰撞就可能无用了。它是“慢凝聚”的一个特例。考虑到这一点，Fuchs[6]引入了一个稳定率W到公式（2）中：公式（6）并且提出了一个表达混凝的稳定率W的公式：公式（7）公式（7）更深一步的转换是：公式（8）也

7、有提议认为紊流中凝聚的动力方程式与公式（2）形式相似，简单地用紊流的局部剪切度G1来代替统一的剪切率G：公式（9）因此公式（2）就变成了：公式（10）尽管如此，这个假设只适用于紊流的粘性波段。在完全的紊流中，颗粒的碰撞不仅受流体速度的剪切度（在粘性波段）的影响，而且也受接下来的不连贯的不同涡流的颗粒的运动（在惯性波段）的影响，特别是当颗粒的尺寸大于Kolmogoroff微量η时。考虑到这一点，凝聚率方程式可改为[12]：公式（11）公式（12）1.3凝聚物的破坏机理在上面的讨论中，没有考虑凝聚物的破坏作用。事实上在凝聚的过程中总会存在一种或一种

8、以上的凝聚物的破坏作用。凝聚物的分裂机制[]13，14]推测可能是因脉动压差作用于凝聚物的反面引起的，它会导致凸出变形和凝聚物分裂成小碎片。许多其他机