非均匀颗粒群体沉速试验方法的分析

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1、非均匀颗粒群体沉速试验方法的分析摘要：非均匀颗粒群体沉降现象在自然界相当普遍，本文分析非均匀颗粒群体沉速的试验方法，比较各种沉降试验和流态化试验，得到认识：深度取样锥体筒流态化法是目前较好的试验方法。关键词：非均匀颗粒群体沉速试验方法沉降试验流态化试验1前言　　颗粒群体在流体中的运动或流体穿过颗粒群体的流动在自然界相当普遍，如：河流、海岸泥沙在水流中的沉降，尘埃、烟雾及火山灰在大气中的沉浮运动，沉沙池中泥沙的沉淀，重力选矿技术中矿物颗粒在液体中的分选，土壤渗流，化工、石油、冶金及煤炭工业中的流态化技术等，这些现象中的固体颗粒与流体之间相对流速称作群体沉速，而且颗粒群体多是不均匀的，因此，研究

2、非均匀颗粒群体沉速具有重要的生产意义，本文着重对非均匀颗粒群体沉速的试验方法进行分析。　　现有研究颗粒群体沉速的试验方法主要有两大类：沉降试验和流态化试验。2沉降试验　　沉降试验就是让固体颗粒在流体介质中沉降，根据测量和研究沉速的方法不同，又分为：底抽管法、重复深度吸管法和沉沙池法。2.1底抽管法　　底抽管法，又叫做Oden方法，最初是用来作为固体颗粒级配分析的，在一个内径4cm、长约130cm的玻璃筒中形成一定均匀初始浓度的稀悬浮液，液柱高为h，然后在不同沉降历时t由底部抽出少量的悬浮液，并求得其中的颗粒重量，由此计算出筒内剩余的颗粒重量G，然后点绘G～t曲线（Oden曲线），如图1。在O

3、den曲线上ti对应的点作切线交G轴于Gi，则Gi为颗粒样品中沉速小于h/ti的颗粒百分数。　　当浓度较大时，h/ti与颗粒群体沉速有关，因此底抽管法被演变用来研究颗粒群体沉速。图1Oden曲线CurveofOden　　底抽管法的方法本身主要是用来作颗分的，但当用来研究颗粒群体沉速时就显得过于粗糙。2.2重复深度吸管法　　重复深度吸管法，即McLaughlin法[１]，是在底抽管法基础上加以改进而成的，取样部位不局限于筒底，而是选在筒中的不同深度，测出该深度的浓度SV。假定初始时浓度沿水深y均匀分布，试验过程中测定各种初始浓度下不同沉降历时沿水深的浓度分布，根据颗粒连续方程对水深y积分得到(

4、1)　　其中，ω为颗粒群体沉速，用图积分或有限差分法可以求出不同水深yi的沉速随沉降历时变化规律。　　重复深度吸管法，比底抽管法前进了一大步，可以得到不同水深的沉速随沉降历时变化规律，但不足的是沉速随着时间（不同历时）、空间（不同深度）均在变化，这给沉速的选取带来了困难，不同处理方法的代表沉速差别较大。2.3沉沙池法　　将非均匀颗粒群体放入紊动水流的沉沙池中，分析颗粒在紊动水流中的运动、下落在沉沙池底部的淤积分布，以此来研究非均匀颗粒群体的沉降规律。3流态化试验　　流态化试验是让流体在一个垂直柱体容器中自下而上流动，冲起一定量的固体颗粒并使之具有某种浓度而悬浮在流体中，流体速度越大，颗粒层被

5、冲得越高，浓度就越小，根据相对运动原理，此时流体的断面平均流速即为相应浓度的颗粒群体沉速。　　比较颗粒群体沉速和颗粒浓度的测量精度，流态化法要优越于沉降法，因为流态化法试验筒中的颗粒群体沉速和颗粒浓度在时均意义上是恒定的。但是，这种柱体容器流态化法对于均匀颗粒较适用，当颗粒不均匀时，颗粒会发生一定程度的分选，即较为粗而重的颗粒在下部，较为细而轻的颗粒在上部（甚至被冲走），并且浓度是下部大上部小，此时，用唯一的断面平均速度来代表这样一个粒径和浓度均用唯一的颗粒群体的沉速，较粗糙。对于非均匀颗粒群体的流态化法试验，有简单锥体筒流态化法和深度取样锥体筒流态化法两种。图2简单锥体筒流态化法示意图Sk

6、etchoffluidizationexperimentinsimplecone-shapedtube3.1简单锥体筒流态化法　　简单锥体筒流态化法，是4试验方法比较分析　　作者通过对非均匀颗粒群体沉速各种试验方法的比较分析，得到以下几点认识：　　1.底抽管法、重复深度吸管法、沉沙池法均属于沉降试验方法，是颗粒群体在流体中的沉降运动，优点是直接描述了非均匀颗粒群体沉降现象，并且，重复深度吸管法可得到不同水深的沉速随沉降历时变化规律，沉沙池法的紊动水流较符合大多实际现象，但三种沉降法中的沉速随着时间、空间都在变化，不同处理方法的代表沉速差别较大，难以选取群体沉速。　　2.简单锥体筒流态化法、深

7、度取样锥体筒流态化法均属于流态化试验方法，是流体自下而上穿过颗粒群体的流动，根据相对运动原理研究非均匀颗粒群体沉速，优点是既能够获得较为稳定的颗粒群体沉速，又可以让非均匀颗粒作为群体共存于筒中，只是简单锥体筒流态化法的沉速、浓度较粗糙，而深度取样锥体筒流态化法能够获得精度较高的非均匀颗粒群体沉速、浓度和级配，并且水流是紊动的。　　3.研究非均匀颗粒群体沉速，尤其是流体是紊动的，深度取样锥体筒流态化法的精度较高