Методичний посібник
Науково-методичні основи управління станом хвостосховищ гірничо-металургійного виробництва
УДК 622.03:628.511:614.838.12:622:349.5
Гурін А.О., Радченка І.С., Гурін Ю.А.,
(Криворізький технічний університет)
Ляшенко В.І. (ДП В«УкрНІПІІ промтехнологіїВ»)
Наведено основні наукові та практичні результати аналітичних досліджень процесу осідання твердих частинок в нерухомій воді. Викладено методику визначення швидкості їх осідання, встановлено умови, при яких частинки піднімаються вгору.
Ключові слова: тверді частинки, вода, осідання, опір тиску.
Актуальність проблеми
Осідання частинок у воді спостерігається при її освітленні у відстійниках, при формуванні хвостосховищ, при бурінні низхідних свердловин на кар'єрах і ін Наприклад, при проектуванні відстійників для освітлення води основним параметром є швидкість осідання моно-або полідисперсних твердих частинок. У відстійнику в результаті осідання твердих частинок утворюється три зони: освітлення води, гравітаційного осадження частинок, згущення частинок в суспензії. На дні відстійника скупчується шар осаду (шламу), який періодично або ж постійно віддаляється. На стадії проектування відстійників зазвичай користуються відомими розрахунковими і емпіричними формулами [1], що ускладнює процедуру розрахунку, а отримані результати часто не задовольняють вимогам замовника за габаритами відстійника. p align="justify"> хвостосховище відстійник вода осідання
Методика чисельного моделювання
При осіданні твердих частинок в нерухомій воді або її потоці виникає сила опору руху. Розглянемо механізм виникнення такого опору. p> Для цього скористаємося підходом Ньютона [1, 3, 4,]. Припустимо, що середовище складається з великої кількості дискретних частинок, які в першому наближенні ми будемо розглядати як матеріальні точки. Ці частинки або покояться або рухаються потоком води і не пов'язані між собою. Рух тіло в середовищі буде відчувати зіткнення з заполняющими середу частинками і передавати їм частину свого імпульсу. Маса частинок, що діють на тіло за 1 с, дорівнює, де - маса частинок в одиниці об'єму (щільність середовища), кг/м3; S - площа проектування тіла на площині, яка перпендикулярна вектору швидкості тіла, м2 ; V - швидкість тіла, м/с.
При кожному зіткненні частинки з тілом йому повідомляється деяка скорость1 величина якої пропорційна початковій швидкості V , тобто br/>
,
де
? - Безрозмірний коефіцієнт пропорційності
Отже, зміна імпульсу тіла в 1 з складе.
Швидкість зміни імпульсу тіла дорівнює силі опору (або просто опору) середовища:
(1)
Імпульс, переданий середовищі, залежить від того чи є зіткнення тіла з водяними молекулами пружним або пружним. p> Характер зіткнень в загальному випадку можна врахувати постійною?. При оцінці величини? в розрахунок необхідно брати не тільки проекцію площі частинки на площину перпендикулярну вектору швидкості частинок (площа поперечного перерізу). Залежно від типу потоку молекули рідини можуть отримувати імпульс від тіла або повідомляти тілу імпульс із зворотного боку. У той же час краю тіла можуть відчувати такий же вплив молекул, по тому в загальному випадку, слід враховувати не тільки площа проекції тіла, а всю його поверхню. p> Існує три види опору середовища, які залежать від характеру руху тіла через середовище. Деформаційне або вязкостное опір - сила, необхідна для деформації середовища, щоб тіло могло проходити в ній. Ця деформація може відбуватися на великих відстанях від тіла попереду й позаду нього. Другий вид опору - опір тертя на поверхні тіла. Третій вид опору - опір тиску, обумовлене стисненням середовища. Два останні види опору називають В«приповерхневим тертямВ» тіла. При малих числах Рейнольдса (Re) [5,6] переважає деформаційне опір. У цьому випадку опір середовища в першу чергу пов'язано з проекцією тіла на площу перпендикулярну потоку рідини. При великих числах Рейнольдса результати підходу Ньютона узгоджуються з експериментальними даними, навіть якщо припущення про сталість параметра? не зовсім вірно.
Зазвичай рівняння для опору середовища [6] записується як
. (2)
Якщо використовувати член V 2 /2 (подібний члену рівняння Бернули, який містить швидкість), то
, (3)
де З - коефіцієнт опору середовища.
Для сфери діаметром d маємо.
Тоді
. (4)
З формули (4) випливає, що сила опору руху частинок пропорційно квадрату діаметр...
