RU2703935C1 - Method of investigating deposition of a spherical cloud of polydisperse solid particles in a viscous liquid - Google Patents

Method of investigating deposition of a spherical cloud of polydisperse solid particles in a viscous liquid Download PDF

Info

Publication number
RU2703935C1
RU2703935C1 RU2018142185A RU2018142185A RU2703935C1 RU 2703935 C1 RU2703935 C1 RU 2703935C1 RU 2018142185 A RU2018142185 A RU 2018142185A RU 2018142185 A RU2018142185 A RU 2018142185A RU 2703935 C1 RU2703935 C1 RU 2703935C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
container
viscous liquid
liquid
water
Prior art date
Application number
RU2018142185A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Афанасьевич Архипов
Сергей Александрович Басалаев
Ксения Григорьевна Перфильева
Евгений Анатольевич Маслов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ)
Priority to RU2018142185A priority Critical patent/RU2703935C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2703935C1 publication Critical patent/RU2703935C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85Investigating moving fluids or granular solids

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to the field of development of methods and devices for laboratory research of physical processes, in particular for investigation of laws of motion of a cloud of solid particles in a viscous liquid. Method for investigating deposition of a spherical cloud of polydispersed solid particles in a viscous liquid involves mixing particles by exposing ultrasonic vibrations to a spherical container immersed into a liquid, made in the form of two hemispherical shells embedded into each other with the possibility of opening it during rotation of one of the shells around the axis of symmetry, introduction of particles into a cell with a viscous liquid, made from a transparent material, and visualization of the process of settling particles, is characterized by the fact that a spherical container made of solid shells is pre-filled with water, polydispersed particles are mixed with water, wherein during mixing gradually displacing water from container with viscous liquid with coefficient of dynamic viscosity corresponding to viscosity of liquid in cuvette, wherein time of water displacement by viscous liquid and time of container opening is selected in accordance with relations τ1≥(3÷5) minutes,
Figure 00000030
and initial concentration of particles in cloud is determined by formula
Figure 00000031
where τ1 – time of water displacement from container with viscous liquid, c; τ2 is container opening time, s; Dk is diameter of container, m; μl is coefficient of dynamic viscosity of liquid, Pa⋅c; ρp is density of particles material, kg/m3.
EFFECT: high accuracy of determining main characteristics and dynamics of deposition of a plurality of polydisperse particles.
1 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области разработки способов и устройств для лабораторных исследований физических и химических процессов, в частности для исследования закономерностей движения облака твердых частиц в вязкой среде при осаждении в поле силы тяжести.The invention relates to the field of development of methods and devices for laboratory studies of physical and chemical processes, in particular for studying the patterns of motion of a cloud of solid particles in a viscous medium during deposition of gravity in a field.

Процессы гравитационного осаждения облака частиц имеют практическое значение в задачах экологии (очистка водоемов от примесей), в угольной промышленности (гидроподавление пыли в угольных шахтах), в теплоэнергетике (сжигание распыленных топлив), в химической технологии (осадительные колонны) и в ряде других отраслей техники и технологии [1].The processes of gravitational deposition of a cloud of particles are of practical importance in environmental problems (cleaning water bodies from impurities), in the coal industry (hydropress suppression of dust in coal mines), in the power system (burning atomized fuels), in chemical technology (precipitation columns) and in a number of other branches of technology and technology [1].

Характер движения совокупности твердых частиц при их осаждении в жидкой или газообразной среде существенно зависит от формы облака частиц и их начальной концентрации [2]. Теоретический анализ задачи не позволяет однозначно определить динамику изменения формы, коэффициента сопротивления и, следовательно, скорости осаждения совокупности частиц [3]. Для получения достоверных зависимостей используется, как правило, результаты экспериментальных исследований.The nature of the motion of the aggregate of solid particles during their deposition in a liquid or gaseous medium substantially depends on the shape of the cloud of particles and their initial concentration [2]. A theoretical analysis of the problem does not allow us to unambiguously determine the dynamics of the change in shape, drag coefficient, and, consequently, the deposition rate of a particle population [3]. To obtain reliable dependencies, as a rule, the results of experimental studies are used.

Известны способы исследования закономерностей гравитационного осаждения совокупности твердых частиц в жидкости, основанные на введении частиц в жидкость и их визуализацию при движении [4-6]. Эти способы отличаются механизмом введения в жидкость совокупности частиц.Known methods for studying the laws of gravitational deposition of a set of solid particles in a liquid, based on the introduction of particles into a liquid and their visualization during movement [4-6]. These methods differ in the mechanism of introducing into the liquid a set of particles.

Известен механический способ введения совокупности частиц, основанный на использовании кассеты и двух пластин, в которых на равных расстояниях просверлено одинаковое количество отверстий [4]. Пластины крепятся к кассете таким образом, что при движении одной из пластин с помощью соленоидов и совмещения отверстий обеих пластин происходит сброс частиц с регулируемым вертикальным расстоянием между частицами.A known mechanical method of introducing a set of particles based on the use of cassettes and two plates in which the same number of holes is drilled at equal distances [4]. The plates are attached to the cartridge in such a way that when one of the plates moves with the help of solenoids and the holes of both plates are aligned, the particles are ejected with an adjustable vertical distance between the particles.

Известны способы создания сферического облака монодисперсных частиц, основанные на предварительном смачивании частиц рабочей жидкостью, размещении их на поверхности плоского диска в виде сферического сегмента или в полусферических ячейках, выполненных на поверхности диска [7, 8]. При погружении диска в жидкость происходит формирование облака частиц, по форме близкого к сферическому.Known methods for creating a spherical cloud of monodisperse particles based on preliminary wetting of the particles with a working fluid, placing them on the surface of a flat disk in the form of a spherical segment or in hemispherical cells made on the surface of the disk [7, 8]. When a disk is immersed in a liquid, a cloud of particles is formed in a shape close to spherical.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ [9], согласно которому частицы предварительно вводят в сферический контейнер, выполненный в виде двух вложенных полусферических оболочек с перфорированными стенками и перемешивают частицы с жидкостью в контейнере путем воздействия ультразвуковых колебаний. Затем поворотом одной из оболочек открывают контейнер для ввода облака частиц в рабочую жидкость. Данный способ обеспечивает создание сферического облака монодисперсных частиц в жидкости с коэффициентом динамической вязкости не более

Figure 00000001
(глицерин).The closest in technical essence to the claimed invention is the method [9], according to which the particles are pre-introduced into a spherical container made in the form of two embedded hemispherical shells with perforated walls and particles are mixed with liquid in the container by exposure to ultrasonic vibrations. Then, by turning one of the shells, a container is opened for introducing a cloud of particles into the working fluid. This method provides the creation of a spherical cloud of monodisperse particles in a liquid with a dynamic viscosity coefficient of not more than
Figure 00000001
(glycerol).

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа исследования процесса гравитационного осаждения сферического облака полидисперсных твердых частиц в жидкости с коэффициентом динамической вязкости

Figure 00000002
(например, силиконовое масло), обеспечивающего равномерное распределение частиц в облаке, нулевую начальную скорость осаждения и заданную начальную концентрацию частиц в облаке.The technical result of the present invention is to develop a method for studying the process of gravitational deposition of a spherical cloud of polydisperse solid particles in a liquid with a dynamic viscosity coefficient
Figure 00000002
(for example, silicone oil), providing a uniform distribution of particles in the cloud, zero initial deposition rate and a given initial concentration of particles in the cloud.

Технический результат изобретения достигается тем, что разработан способ исследования осаждения сферического облака полидисперсных твердых частиц в вязкой жидкости, включающий перемешивание частиц путем воздействия ультразвуковых колебаний в погруженном в жидкость сферическом контейнере, выполненном в виде двух вложенных друг в друга полусферических оболочек с возможностью его открытия при вращении одной из оболочек вокруг оси симметрии, введение частиц в кювету с вязкой жидкостью, выполненную из прозрачного материала, и визуализацию процесса осаждения частиц. Сферический контейнер, выполненный из сплошных оболочек, предварительно заполняют водой, перемешивают полидисперсные частицы с водой, причем в процессе перемешивания постепенно вытесняют воду из контейнера вязкой жидкостью с коэффициентом динамической вязкости, соответствующим вязкости жидкости в кювете. Время вытеснения воды вязкой жидкостью и время открытия контейнера выбирают в соответствии с соотношениямиThe technical result of the invention is achieved by the fact that a method for studying the deposition of a spherical cloud of polydisperse solid particles in a viscous liquid is developed, which includes mixing the particles by ultrasonic vibrations in a spherical container immersed in liquid, made in the form of two hemispherical shells inserted into each other with the possibility of opening it during rotation one of the shells around the axis of symmetry, the introduction of particles into a cell with a viscous liquid made of a transparent material, and visualization tion particle deposition process. A spherical container made of continuous shells is pre-filled with water, polydisperse particles are mixed with water, and during mixing, water is gradually displaced from the container with a viscous liquid with a dynamic viscosity coefficient corresponding to the viscosity of the liquid in the cuvette. The time of water displacement by a viscous liquid and the opening time of the container are chosen in accordance with the ratios

τ1≥(3÷5) минут,τ 1 ≥ (3 ÷ 5) minutes,

Figure 00000003
Figure 00000003

а начальную концентрацию частиц в облаке определяют по формулеand the initial concentration of particles in the cloud is determined by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где τ1 - время вытеснения воды из контейнера вязкой жидкостью, с;where τ 1 is the time of displacement of water from the container by a viscous liquid, s;

τ2 - время открытия контейнера, с;τ 2 - container opening time, s;

Dk - диаметр контейнера, м;D k is the diameter of the container, m;

Figure 00000005
- коэффициент динамической вязкости жидкости, Па⋅с;
Figure 00000005
- dynamic fluid viscosity coefficient, Pa⋅s;

ρp - плотность материала частиц, кг/м3;ρ p is the density of the particle material, kg / m 3 ;

Figure 00000006
- плотность жидкости, кг/м3;
Figure 00000006
- fluid density, kg / m 3 ;

Dmax - диаметр наиболее крупных частиц, м;D max - the diameter of the largest particles, m;

g - ускорение свободного падения, м/с2;g is the acceleration of gravity, m / s 2 ;

Сo - начальная объемная концентрация частиц;With o - the initial volumetric concentration of particles;

Ni - количество частиц i-й фракции;N i is the number of particles of the i-th fraction;

Di - диаметр частиц i-й фракции;D i is the particle diameter of the i-th fraction;

n - количество фракций частиц.n is the number of particle fractions.

Полученный положительный эффект изобретения обусловлен следующими факторами.The resulting positive effect of the invention is due to the following factors.

1. Предварительное заполнение контейнера, выполненного из водонепроницаемых (сплошных) оболочек, водой обеспечивают изоляцию полости контейнера от вязкой жидкости в кювете, и позволяет осуществлять перемешивание полидисперсных частиц с водой.1. Pre-filling a container made of waterproof (continuous) shells with water provides isolation of the container cavity from a viscous liquid in the cuvette and allows mixing of the polydisperse particles with water.

2. Перемешивание частиц с водой обеспечивает равномерное распределение полидисперсных частиц в полости сферического контейнера, поскольку низкий коэффициент динамической вязкости воды

Figure 00000007
позволяет интенсифицировать процесс перемешивания под воздействием ультразвуковых колебаний.2. Mixing particles with water ensures uniform distribution of polydisperse particles in the cavity of a spherical container, since the low coefficient of dynamic viscosity of water
Figure 00000007
allows you to intensify the mixing process under the influence of ultrasonic vibrations.

3. Постепенное вытеснение воды из контейнера вязкой жидкостью обеспечивает сохранение равномерного распределения частиц в полости контейнера вплоть до полного замещения воды жидкостью с коэффициентом динамической вязкости, соответствующим вязкости жидкости в кювете. С ростом вязкости жидкости в контейнере подвижность частиц уменьшается, что способствует сохранению равномерного распределения частиц.3. The gradual displacement of water from the container by a viscous liquid ensures the uniform distribution of particles in the cavity of the container until the water is completely replaced by a liquid with a dynamic viscosity coefficient corresponding to the viscosity of the liquid in the cuvette. With increasing viscosity of the liquid in the container, the mobility of the particles decreases, which helps to maintain a uniform distribution of particles.

4. Время вытеснения воды из контейнера вязкой жидкостью t≥(3÷5) минут определено экспериментально из условия минимального воздействия напора вязкой жидкости, подаваемой в контейнер, на структуру облака частиц в контейнере.4. The time of displacement of water from a container by a viscous liquid t≥ (3 ÷ 5) minutes is determined experimentally from the condition that the pressure of the viscous liquid supplied to the container minimally affects the structure of the particle cloud in the container.

5. Время открытия контейнера выбирают из условия минимальной деформации облака в период открытия. Расстояние, пройденное частицей при осаждении за время τ2, составляет5. The opening time of the container is selected from the condition of minimum deformation of the cloud during the opening period. The distance traveled by the particle during deposition over time τ 2 is

Figure 00000008
Figure 00000008

где u - скорость осаждения частицы.where u is the particle deposition rate.

Условие минимальной деформации облака сформулируем в виде неравенстваThe condition for minimum cloud deformation is formulated as the inequality

Figure 00000009
Figure 00000009

где

Figure 00000010
- смещение границы облака за счет осаждения частиц.Where
Figure 00000010
- displacement of the cloud boundary due to the deposition of particles.

Условие (4) означает, что смещение границы облака

Figure 00000010
не превышает 2.5% от его диаметра.Condition (4) means that the displacement of the cloud boundary
Figure 00000010
does not exceed 2.5% of its diameter.

Стационарная скорость осаждения одиночной частицы в вязкой жидкости равна [10]The stationary deposition rate of a single particle in a viscous fluid is [10]

Figure 00000011
Figure 00000011

где Dmax - диаметр наиболее крупной частицы в облаке.where D max is the diameter of the largest particle in the cloud.

Подставляя (5) в (3), (4), получим условие (1) для определения времени открытия контейнера:Substituting (5) in (3), (4), we obtain condition (1) for determining the opening time of the container:

Figure 00000012
Figure 00000012

6. Начальная объемная концентрация частиц в контейнере определяется формулой6. The initial volumetric concentration of particles in the container is determined by the formula

Figure 00000013
Figure 00000013

где Vp - суммарный объем частиц;where V p is the total volume of particles;

Vк - объем контейнера.V to - the volume of the container.

Суммарный объем полидисперсных частиц равенThe total volume of polydisperse particles is

Figure 00000014
Figure 00000014

Объем контейнера равенThe volume of the container is

Figure 00000015
Figure 00000015

Подставляя (7), (8) в (6), получим формулу (2):Substituting (7), (8) in (6), we obtain the formula (2):

Figure 00000016
Figure 00000016

Пример реализацииImplementation example

Сущность заявляемого изобретения поясняется схемой (Фиг. 1). В контейнер, состоящий из неподвижной 1 и подвижной 2 полусферических оболочек, вводили навеску твердых полидисперсных сферических частиц 3. Подвижная оболочка 2 жестко связана с осью 4, которая может вращаться в подшипниках 5. Вращением оболочки 2 контейнер закрывали (Фиг. 1а) и помещали в кювету с жидкостью. После перемешивания частиц с жидкостью поворотом подвижной оболочки 2 на 180 градусов контейнер открывали (Фиг. 1б). При этом сферическое облако частиц начинало осаждаться в кювете с жидкостью.The essence of the invention is illustrated by the scheme (Fig. 1). A sample of solid polydisperse spherical particles 3 was introduced into a container consisting of a fixed 1 and a moving 2 hemispherical shells. A movable shell 2 is rigidly connected to the axis 4, which can rotate in bearings 5. By rotating the shell 2, the container was closed (Fig. 1a) and placed in a cuvette with a liquid. After mixing the particles with the liquid by rotating the movable shell 2 through 180 degrees, the container was opened (Fig. 1b). In this case, a spherical cloud of particles began to precipitate in a cell with a liquid.

Схема установки для исследования процесса осаждения облака частиц приведена на Фиг. 2. Контейнер с частицами размещали в кювете 6 с вязкой жидкостью 7. Через патрубок 8 с вентилем 9 вводили в контейнер воду из емкости 10. После полного заполнения контейнера излишек воды вытеснялся через дренажную трубку 11.A diagram of an apparatus for studying the process of particle cloud deposition is shown in FIG. 2. A container with particles was placed in a cuvette 6 with a viscous liquid 7. Through the pipe 8 with valve 9, water was introduced into the container from the tank 10. After the container was completely filled, excess water was displaced through the drain pipe 11.

Перемешивание частиц с водой в контейнере проводили воздействием ультразвуковых колебаний от генератора 12 типа УЗГМ-10-22МС. В процессе перемешивания постепенно вытесняли воду вязкой жидкостью, подаваемой в контейнер из емкости 13 через вентиль 14 и патрубок 15. Излишек вязкой жидкости вытеснялся из контейнера через дренажную трубку 11. После полного замещения воды вязкой жидкостью открывали контейнер поворотом подвижной оболочки 2.The particles were mixed with water in the container by the action of ultrasonic vibrations from a generator 12 of type UZGM-10-22MS. In the process of mixing, water was gradually displaced by a viscous liquid supplied to the container from the tank 13 through the valve 14 and nozzle 15. Excess viscous liquid was displaced from the container through the drain pipe 11. After the water was completely replaced with viscous liquid, the container was opened by turning the movable shell 2.

Визуализацию процесса осаждения облака частиц проводили с использованием съемки через прозрачные стенки кюветы 6 двумя скоростными цифровыми видеокамерами 16 типа Citius С 100 в двух ракурсах с темпом съемки (50÷100) кадров в секунду. Обработка видеорядов проводилась с использованием компьютера, на который поступала информация с видеокамер. По результатам обработки определялись закономерность эволюции формы облака, изменение его объема, концентрация частиц в облаке, скорость движения центра масс облака и коэффициент сопротивления облака частиц.The process of deposition of a cloud of particles was visualized using shooting through the transparent walls of the cell 6 with two high-speed digital cameras 16 of the Citius C 100 type in two angles with a shooting rate of (50 ÷ 100) frames per second. Video sequences were processed using a computer, which received information from video cameras. According to the results of processing, the regularity of the evolution of the cloud shape, the change in its volume, the concentration of particles in the cloud, the velocity of the center of mass of the cloud and the drag coefficient of the particle cloud were determined.

Эффективность заявляемого способа подтверждена проведением экспериментов по осаждению полидисперсных твердых сферических частиц в вязкой жидкости. В качестве жидкости использовали силиконовое масло ПМС-10000

Figure 00000017
В экспериментах использовали стальные шарики (ρр=7748 кг/м3) в диапазоне размеров Dp=(1÷3) мм=(1÷3)⋅10-3 м. (Диаметр наиболее крупного шарика Dmax=3⋅10-3 м).The effectiveness of the proposed method is confirmed by conducting experiments on the deposition of polydisperse solid spherical particles in a viscous liquid. As the liquid used silicone oil PMS-10000
Figure 00000017
In the experiments, steel balls were used (ρ p = 7748 kg / m 3 ) in the size range D p = (1 ÷ 3) mm = (1 ÷ 3) ⋅10 -3 m. (The diameter of the largest ball D max = 3⋅10 -3 m).

В качестве примера рассмотрим контейнер диаметром Dk=30 мм=30⋅10-3 м. Проведем расчет времени открытия контейнера по формуле (1):As an example, consider a container with a diameter of D k = 30 mm = 30⋅10 -3 m. Let us calculate the opening time of the container according to formula (1):

Figure 00000018
Figure 00000018

Для расчета начальной объемной концентрации облака частиц рассмотрим полидисперсную систему из 100 шариков (таблица 1).To calculate the initial volume concentration of a cloud of particles, we consider a polydisperse system of 100 balls (table 1).

Figure 00000019
Figure 00000019

В соответствии с формулой (1) начальная объемная концентрация частиц в облаке равнаIn accordance with formula (1), the initial volume concentration of particles in the cloud is

Figure 00000020
Figure 00000020

Варьируя диаметр контейнера, количество фракций частиц n, диаметр Di и количество Ni частиц каждой из фракций можно варьировать начальную концентрацию частиц в широком диапазоне. В частности, на Фиг. 3 приведены видеокадры осаждения бидисперсной системы частиц (шарики D1=1 мм; N1=35; D2=3 мм; N2=35) из контейнера диаметром Dк=15 мм при начальном объеме концентрации частиц С0=0.28.By varying the diameter of the container, the number of particle fractions n, the diameter D i and the number N i of particles of each of the fractions, one can vary the initial concentration of particles in a wide range. In particular, in FIG. Figure 3 shows the video frames of the deposition of a bidispersed system of particles (balls D 1 = 1 mm; N 1 = 35; D 2 = 3 mm; N 2 = 35) from a container with a diameter of D k = 15 mm at an initial volume of particle concentration C 0 = 0.28.

Таким образом, из приведенного примера следует, что предлагаемый способ обеспечивает достижение технического результата изобретения - позволяет исследовать процесс гравитационного осаждения сферического облака полидисперсных твердых частиц в жидкости с коэффициентом динамической вязкости

Figure 00000021
При этом обеспечиваются равномерное распределение частиц в облаке, нулевая начальная скорость осаждения и заданная начальная концентрация частиц в облаке.Thus, from the above example it follows that the proposed method ensures the achievement of the technical result of the invention — it allows to study the process of gravitational deposition of a spherical cloud of polydisperse solid particles in a liquid with a dynamic viscosity coefficient
Figure 00000021
This ensures a uniform distribution of particles in the cloud, zero initial deposition rate and a given initial concentration of particles in the cloud.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. - Л.: Химия, 1982. - 288 с.1. Romankov P.G., Kurochkina M.I. Hydromechanical processes of chemical technology. - L .: Chemistry, 1982. - 288 p.

2. Соу С. Гидродинамика многофазных систем. - М.: Мир, 1971. - 536 с.2. Sow S. Hydrodynamics of multiphase systems. - M .: Mir, 1971. - 536 p.

3. Броунштейн Б.И., Фишбейн Г.А. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных средах. - Л.: Химия, - 1977. - 279 с.3. Brownstein B.I., Fishbein G.A. Hydrodynamics, mass and heat transfer in dispersed media. - L .: Chemistry, - 1977 .-- 279 p.

4. Хоргуани В.Г. О характере и скорости падения системы частиц одинаковых размеров // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. - 1966. - Т. 2, №4. - С. 394-401.4. Horguani V.G. On the nature and rate of fall of a system of particles of the same size // Izvestiya AN SSSR. Physics of the atmosphere and the ocean. - 1966. - T. 2, No. 4. - S. 394-401.

5. Metzger В., Nicolas М., Guazzelli Е. Falling clouds of particles in viscous fluids // Journal of Fluid Mechanics. - 2007. - Vol. 580. - P. 283-301.5. Metzger B., Nicolas M., Guazzelli E. Falling clouds of particles in viscous fluids // Journal of Fluid Mechanics. - 2007. - Vol. 580. - P. 283-301.

6. Daniel W.B., Ecke R.E., Subramanian G., Koch D.L. Clusters of sedimenting high-Reynolds-number particles // Journal of Fluid Mechanics. - 2009. - Vol. 625. - P. 371-385.6. Daniel W.B., Ecke R.E., Subramanian G., Koch D.L. Clusters of sedimenting high-Reynolds-number particles // Journal of Fluid Mechanics. - 2009. - Vol. 625. - P. 371-385.

7. Патент РФ №2610607, МПК G01N 15/04. Способ исследования процесса гравитационного осаждения совокупности твердых частиц в жидкости / В.А. Архипов, А.С. Усанина, Г.Р. Шрагер. - Опубл. 14.02.2017, Бюл. №5.7. RF patent No. 2610607, IPC G01N 15/04. A method for studying the process of gravitational deposition of a set of solid particles in a liquid / V.A. Arkhipov, A.S. Usanina, G.R. Schrager. - Publ. 02/14/2017, Bull. No. 5.

8. Патент РФ №2617167, МПК B01L 1/00. Установка для исследования осаждения совокупности твердых частиц в жидкости / В.А. Архипов, А.С. Усанина, Н.Н. Золоторёв. - Опубл. 21.04.2017, Бюл. №12.8. RF patent No. 2617167, IPC B01L 1/00. Installation for the study of the deposition of aggregate solid particles in a liquid / V.A. Arkhipov, A.S. Usanina, N.N. Zolotoryov. - Publ. 04/21/2017, bull. No. 12.

9. Патент РФ №2620761, МПК G01N 21/85 Способ исследования осаждения сферического облака твердых частиц в жидкости / В.А. Архипов, А.С. Усанина, С.Н. Поленчук. - Опубл. 29.05.2017, Бюл. №16.9. RF patent No. 2620761, IPC G01N 21/85 Method for studying the deposition of a spherical cloud of solid particles in a liquid / V.A. Arkhipov, A.S. Usanina, S.N. Polenchuk. - Publ. 05/29/2017, Bull. No. 16.

10. Архипов В.А., Усанина А.С. Движение частиц дисперсной фазы в несущей среде. - Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2014. - 252 с.10. Arkhipov V.A., Usanina A.S. The motion of particles of a dispersed phase in a carrier medium. - Tomsk: Publishing House of Tomsk State University, 2014. - 252 p.

Claims (17)

Способ исследования осаждения сферического облака полидисперсных твердых частиц в вязкой жидкости, включающий перемешивание частиц путем воздействия ультразвуковых колебаний в погруженном в жидкость сферическом контейнере, выполненном в виде двух вложенных друг в друга полусферических оболочек с возможностью его открытия при вращении одной из оболочек вокруг оси симметрии, введение частиц в кювету с вязкой жидкостью, выполненную из прозрачного материала, и визуализацию процесса осаждения частиц, отличающийся тем, что сферический контейнер, выполненный из сплошных оболочек, предварительно заполняют водой, перемешивают полидисперсные частицы с водой, причем в процессе перемешивания постепенно вытесняют воду из контейнера вязкой жидкостью с коэффициентом динамической вязкости, соответствующим вязкости жидкости в кювете, при этом время вытеснения воды вязкой жидкостью и время открытия контейнера выбирают в соответствии с соотношениямиA method for studying the deposition of a spherical cloud of polydisperse solid particles in a viscous liquid, including mixing particles by means of ultrasonic vibrations in a spherical container immersed in a liquid, made in the form of two hemispherical shells inserted into each other with the possibility of opening it when one of the shells rotates around the axis of symmetry, introduction particles in a cell with a viscous liquid made of a transparent material, and visualization of the process of deposition of particles, characterized in that the spherical to a continuous container made of continuous shells is pre-filled with water, polydisperse particles are mixed with water, and during mixing, water is gradually displaced from the container by a viscous liquid with a dynamic viscosity coefficient corresponding to the viscosity of the liquid in the cuvette, while the time of displacement of water by a viscous liquid and the opening time of the container selected in accordance with the ratios τ1≥(3÷5) минут,τ 1 ≥ (3 ÷ 5) minutes,
Figure 00000022
Figure 00000022
а начальную концентрацию частиц в облаке определяют по формулеand the initial concentration of particles in the cloud is determined by the formula
Figure 00000023
Figure 00000023
где τ1 - время вытеснения воды из контейнера с вязкой жидкостью, с;where τ 1 - the time of displacement of water from a container with a viscous liquid, s; τ2 - время открытия контейнера, с;τ 2 - container opening time, s; Dk - диаметр контейнера, м;D k is the diameter of the container, m; μl - коэффициент динамической вязкости жидкости, Па⋅с;μ l - dynamic fluid viscosity coefficient, Pa⋅s; ρр - плотность материала частиц, кг/м3;ρ p - the density of the material of the particles, kg / m 3 ; ρl - плотность жидкости, кг/м3;ρ l is the density of the liquid, kg / m 3 ; Dmax - диаметр наиболее крупных частиц, м;D max - the diameter of the largest particles, m; g - ускорение свободного падения, м/с2;g is the acceleration of gravity, m / s 2 ; С0 - начальная объемная концентрация частиц;With 0 - the initial volumetric concentration of particles; Ni - количество частиц i-й фракции;N i is the number of particles of the i-th fraction; Di - диаметр частиц i-й фракции;D i is the particle diameter of the i-th fraction; n - количество фракций частиц.n is the number of particle fractions.
RU2018142185A 2018-11-29 2018-11-29 Method of investigating deposition of a spherical cloud of polydisperse solid particles in a viscous liquid RU2703935C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018142185A RU2703935C1 (en) 2018-11-29 2018-11-29 Method of investigating deposition of a spherical cloud of polydisperse solid particles in a viscous liquid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018142185A RU2703935C1 (en) 2018-11-29 2018-11-29 Method of investigating deposition of a spherical cloud of polydisperse solid particles in a viscous liquid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2703935C1 true RU2703935C1 (en) 2019-10-22

Family

ID=68318466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018142185A RU2703935C1 (en) 2018-11-29 2018-11-29 Method of investigating deposition of a spherical cloud of polydisperse solid particles in a viscous liquid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2703935C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008100355A2 (en) * 2007-02-14 2008-08-21 Schlumberger Canada Limited Apparatus and methods for solids deposition and analysis
RU2610607C1 (en) * 2015-10-12 2017-02-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Research method of aggregate gravitational settling of solid particles in liquids
RU2617167C1 (en) * 2015-11-27 2017-04-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Installation for studying deposition of solid particles aggregate in liquid
RU2620761C1 (en) * 2016-03-30 2017-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Method for investigation of deprivation of a spherical cloud of solid particles in liquids

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008100355A2 (en) * 2007-02-14 2008-08-21 Schlumberger Canada Limited Apparatus and methods for solids deposition and analysis
RU2610607C1 (en) * 2015-10-12 2017-02-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Research method of aggregate gravitational settling of solid particles in liquids
RU2617167C1 (en) * 2015-11-27 2017-04-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Installation for studying deposition of solid particles aggregate in liquid
RU2620761C1 (en) * 2016-03-30 2017-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Method for investigation of deprivation of a spherical cloud of solid particles in liquids

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mogridge et al. Experiments on bed form generation by wave action
Malone et al. Oil droplet size distributions in deep-sea blowouts: influence of pressure and dissolved gases
RU2703935C1 (en) Method of investigating deposition of a spherical cloud of polydisperse solid particles in a viscous liquid
Nichol et al. Flow-induced agitations create a granular fluid: Effective viscosity and fluctuations
RU2620761C1 (en) Method for investigation of deprivation of a spherical cloud of solid particles in liquids
Horstmann et al. Measurement of interfacial wave dynamics in orbitally shaken cylindrical containers using ultrasound pulse-echo techniques
Kim et al. Prediction of settling velocity of nonspherical soil particles using digital image processing
Gue et al. Centrifuge modelling of submarine landslide flows
Saurel et al. Modelling spherical explosions with turbulent mixing and post-detonation
Mrokowska Dynamics of thin disk settling in two-layered fluid with density transition
RU2617167C1 (en) Installation for studying deposition of solid particles aggregate in liquid
RU2610607C1 (en) Research method of aggregate gravitational settling of solid particles in liquids
Imai et al. Study on dynamic wetting behavior in microgravity condition targeted for propellant tank
Barry et al. Quasi-hydrodynamic lubrication effect of clay particles on sand grain erosion
Malvandi et al. Analytical study on accelerating falling of non-spherical particle in viscous fluid
Song et al. Characterization of aggregate disruption using organic marine particles and particle tracking measurements in rotating/oscillating aggregation tanks
Janati et al. On the motion of single and twin oblique particle clouds in stagnant water
De Blasio et al. On modeling the dissolution of sedimentary rocks in acidic environments. An overview of selected mathematical methods with presentation of a case study
Arkhipov et al. Gravitational settling of a highly concentrated system of solid spherical particles
Zhang et al. Effects of Temperature on the Flocculation Processes of Kaolinite in the Quiescent Water
Dehkharghani Hindered Transport of Bacteria in Porous Media Flows
Arkhipov et al. Sedimentation dynamics of a polydisperse cluster of solid particles in a viscous fluid
Chashechkin et al. CROSSED OUT GRATE±A NEW CLASS OF STRUCTURES IN THE PATTERN OF SUBSTANCE DISTRIBUTION OF A FREE FALLING COMPOUND DROP IN THE CAVITY OF TARGET FLUID
Mohtar et al. The Interaction of Oscillatinggrid Turbulence with a Sediment Layer
Liu et al. Evaluation of the Cavitation Fluid Characteristics of the Bullet across the Medium into the Water at Different Velocities