정착

수공장의 철분 입자 정착 연못

안착은 미립자가 액체의 바닥에 정착하여 침전물을 형성하는 과정이다. 중력 또는 원심 운동으로 인해 힘을 경험하는 입자는 그 힘에 의해 작용하는 방향으로 균일하게 움직이는 경향이 있다. 중력 안착의 경우, 이는 입자가 혈관 바닥으로 떨어져 혈관 바닥에서 슬러리(slurry)를 형성하는 경향이 있음을 의미한다.

안착은 광업, 폐수 처리, 생물학, 우주 추진체 재점화,^[1] 스쿠핑과 같은 많은 응용 분야에서 중요한 작업이다.

물리학

구를 스르르 흐르는 흐름: 유선_d, 드래그 힘 F, 중력_g F에 의한 힘.

개별적으로 고려되는 입자의 경우, 즉 희석된 입자 용액의 경우, 어떤 입자에 대해 발효되는 두 가지 주요 힘이 있다. 일차력은 중력과 같이 작용하는 힘이며, 유체를 통한 입자의 움직임에 기인하는 드래그 힘이다. 적용된 힘은 보통 입자의 속도에 영향을 받지 않는 반면, 드래그 힘은 입자 속도의 함수다.

정지된 입자의 경우 어떤 드래그 힘도 표시되지 않으며, 이는 적용된 힘으로 인해 입자가 가속되는 원인이 된다. 입자가 가속할 때 드래그 힘은 입자의 운동과 반대 방향으로 작용하여 다른 힘이 없는 경우 더 가속을 지연시킨다. 입자의 속도가 증가함에 따라 결국 드래그 힘과 적용된 힘은 대략 같게 되어 입자의 속도에 더 이상의 변화를 일으키지 않는다. 이 속도는 입자의 단자 속도, 정착 속도 또는 하강 속도로 알려져 있다. 이는 개별 입자의 하강 속도를 조사하면 쉽게 측정할 수 있다.

입자의 말단 속도는 많은 매개변수, 즉 입자의 끌림을 변화시키는 어떤 것이든 영향을 받는다. 따라서 단자 속도는 특히 유체의 점도와 밀도뿐만 아니라 곡물의 크기, 형태(원형 및 자속성) 및 밀도에 따라 결정된다.

단일 입자 드래그

스토크스 드래그

구면 입자에 대한 치수가 없는 힘 대 레이놀즈 수

희석된 정지에 대해 스톡스의 법칙은 공기나 물에서 작은 구의 정착 속도를 예측한다. 이것은 대부분의 지각력을 제공하는 입자 표면의 점성력 때문에 발생한다. 스톡스의 법칙은 자연과학에서 많은 응용 분야를 발견하며, 다음과 같이 주어진다.

w={\frac {2(\rho_{p}-\rho_{f}gr^{2}}{9\mu }}}}

여기서 w는 안착 속도, ρ은 밀도(첨자 p와 f는 각각 입자와 유체를 나타냄), g는 중력에 의한 가속도, r은 입자의 반지름, μ는 유체의 동적 점성이다.

스톡스의 법칙은 입자의 레이놀즈 수인 레가 0.1 미만일 때 적용된다. Experimentally 스토크스의 법칙 1%이내로 Re≤ 0.1{\displaystyle Re\leq 0.1}에, Re≤ 0.5{\displaystyle Re\leq 0.5}는 3%이내에 9%이내 Re증가하고 레이놀즈 숫자로 1.0{\displaystyle Re\leq 1.0}.[2]≤를, 스토크스의 법칙 유체 무력감, requir의 중요성이 증대되고로 깨지기 시작한다.에서g 드래그 힘을 계산하기 위한 경험적 해결책의 사용.

뉴턴 드래그

드래그 계수 $C_{d}$ $C_{d}$ ${\$ 를 $C_{d}$ 입자가 경험하는 힘의 비율로 액체의 충격 압력으로 나눈 값으로 정의하면 가용 유체의 힘이 드래그로 전달되는 것으로 간주할 수 있는 계수가 설정된다. 이 영역에서 충격 유체의 관성은 입자에 대한 힘 전달의 대부분을 담당한다.

C_{d}={\frac {F_{d}}{{\frac {1}{1}{1}{{1}}}{\frac {1}{2}}\rho _{f}}U^{2}A}}

스톡스 체계의 구면 입자의 경우 이 값은 일정하지 않지만 뉴턴 드래그 체계의 구면 끌기는 상수 0.44로 근사할 수 있다. 이 상수 값은 유체에서 입자로의 에너지 전달 효율이 유체 속도의 함수가 아님을 의미한다.

이와 같이 뉴턴 체제에서 입자의 단자속도는 드래그력을 적용된 힘과 동일시하여 다시 얻을 수 있으며, 그 결과 다음과 같은 표현이 나온다.

w=2.46\왼쪽 사진\frac {(\rho _{p}-\rho _{f}gr}{\rho _{f}}\오른쪽)^{\frac {1}{1}{2}.

전환 드래그

스톡스 드래그와 뉴턴 드래그 사이의 중간 영역에는 과도체제가 존재하는데, 여기서 떨어지는 구체의 문제에 대한 분석적 해법이 문제가 된다. 이를 해결하기 위해 경험적 표현을 사용하여 이 지역의 드래그를 계산한다. $0.2\leq Re\leq 1000$ 경험적 방정식 중 하나는 실러와 나우만의 방정식이며, 0.2 $0.2\leq Re\leq 1000$ $0.2\leq Re\leq 1000$ $0.2\leq Re\leq 1000$ $0.2\leq Re\leq 1000$ $0.2\leq Re\leq 1000$ ${\displaystyle$ 0.2 $\leq Re\leq 1000}$ 에 대해 유효할 수 있다 $0.2\leq Re\leq 1000$ ^[3]

{\frac {F}{\rho _{F}U^{2}A}}={\frac {12}{\mathrm {Re}}}}}}}}}}\좌측(1+0.15\mathrm {Re} ^{0.687}\우측).

안착 방해

스톡스, 과도기 및 뉴턴 안착은 자유 안착이라고 알려진 무한 유체에서 단일 구형 입자의 행동을 설명한다. 그러나 이 모델은 실용화에는 한계가 있다. 유체 내 입자의 상호작용이나 용기벽과의 상호작용과 같은 대체 고려사항은 정착 동작을 수정할 수 있다. 이러한 힘이 상당한 규모로 작용하는 안착은 안착을 방해하는 것으로 알려져 있다. 이후 반분석적 또는 경험적 해결책을 사용하여 의미 있는 방해 안착 계산을 수행할 수 있다.

적용들

고체 가스 흐름 시스템은 건조 촉매 원자로, 정착 탱크, 고체의 공압 전달 등과 같은 많은 산업 분야에 존재한다. 분명히, 산업 운영에서 드래그 규칙은 고정된 유체에 정착하는 단일 구처럼 간단하지 않다. 그러나 이러한 지식은 보다 복잡한 시스템에서 드래그가 어떻게 작용하는지를 나타내며, 이는 경험적이고 보다 정교한 도구를 적용하는 엔지니어들에 의해 설계되고 연구된다.

예를 들어 침전 탱크는 다른 액체에서 고체 및/또는 오일을 분리하는 데 사용된다. 식품가공에서는 채소를 으깨어 물과 함께 정착조 안에 넣는다. 기름은 물 위로 떠서 모아진다. 물과 폐수 처리에서는 안착 전에 편평한 물질을 첨가하여 안착 탱크나 경사판 정착기에 빠르게 안착하는 더 큰 입자를 형성하여 물이 낮은 탁도를 유지한다.

위니메이킹에서 이 과정의 프랑스어 용어는 데버비지(Debourbage)이다. 이 단계는 보통 발효가 시작되기 전에 백포도주 생산에서 발생한다.^[4]

정착가능고형분석

정착 가능한 고형분들은 정액으로부터 정착하는 미립자들이다. 정착 가능한 고형물은 Imhoff 콘을 사용하여 서스펜션에 대해 정량화할 수 있다. 투명유리나 플라스틱의 표준 임호프콘은 1리터의 액체를 담고 있으며 1시간 동안 안착한 후 원뿔 용기 바닥에 축적된 고형분의 부피를 측정하기 위해 표식을 교정했다. 표준화된 임호프 콘 시술은 일반적으로 폐수나 폭풍우 유출수에서 부유 고형물을 측정하는데 사용된다. 그 방법은 단순해서 수질 추정에 인기가 있다. 부유 고형물의 안정성을 수치적으로 측정하고 응집 및 침전 이벤트를 예측하기 위해 제타 전위를 일반적으로 분석한다. 이 매개변수는 고체 입자 사이의 정전기 저항을 나타내며, 시간이 지남에 따라 집적과 안착이 일어날지 여부를 예측하는 데 사용할 수 있다.

측정할 물 샘플은 총 하천을 대표해야 한다. 유량 채널의 상단에서 미끄러져 나오는 샘플이 채널의 하단을 따라 이동하는 더 크고 고밀도 고형분을 포착하지 못할 수 있기 때문에 샘플은 파이프에서 떨어지거나 보에서 떨어지는 방전으로부터 가장 잘 수집된다. 샘플링 버킷은 원뿔을 채우는 데 필요한 부피를 주입하기 직전에 수집된 모든 고형물을 균일하게 재세척하기 위해 힘차게 젓는다. 채워진 콘은 대기 전류가 안착될 수 있도록 즉시 고정된 홀딩 랙에 배치된다. 랙은 액체 함량의 열 밀도 변화로 원뿔 내의 전류를 유발할 수 있는 직사광선을 포함한 가열원으로부터 멀리 위치해야 한다. 45분 동안 안착한 후에, 원뿔은 원뿔의 측면에 붙어 있는 어떤 안착된 물질도 탈구할 수 있을 정도로 대칭 축을 중심으로 부분적으로 회전한다. 누적된 침전물은 총 정착시간 1시간 후 15분 후에 관찰되고 측정된다.^[5]

참고 항목

드래그 방정식
제타 전위 – 콜로이드 분산의 전기 키네틱 전위
침전 – 서스펜션의 입자가 가라앉는 경향
정착유역
서스펜션(화학) – 매질 내에 분산된 고형 입자의 이기종 혼합물
총 부유물질 - 수질 매개변수

참조

^ Zegler, Frank; Bernard Kutter (2010-09-02). "Evolving to a Depot-Based Space Transportation Architecture" (PDF). AIAA SPACE 2010 Conference & Exposition. AIAA. Archived from the original (PDF) on 2013-05-10. Retrieved 2011-01-25. It consumes waste hydrogen and oxygen to produce power, generate settling and attitude control thrust.
^ Martin Rhodes. Introduction to Particle Technology.
^ Chemical Engineering. Vol. 2. Pergamon press. 1955.
^ 로빈슨, J. (ed) (2006) "옥스퍼드 와인의 동반자" 제3판 223 페이지 옥스퍼드 대학 출판부, ISBN 0-19-860990-6
^ Franson, Mary Ann (1975) AFA, AWWA & WPCF ISBN 0-87553-078-8페이지 89–91, 95–96

외부 링크

[aiaa20100902-1] Zegler, Frank; Bernard Kutter (2010-09-02). "Evolving to a Depot-Based Space Transportation Architecture" (PDF). AIAA SPACE 2010 Conference & Exposition. AIAA. Archived from the original (PDF) on 2013-05-10. Retrieved 2011-01-25. It consumes waste hydrogen and oxygen to produce power, generate settling and attitude control thrust.

[Rhodes-2] Martin Rhodes. Introduction to Particle Technology.

[CoulsonAndRichardsonV2-3] Chemical Engineering. Vol. 2. Pergamon press. 1955.

[Oxford_pg_223-4] 로빈슨, J. (ed) (2006) "옥스퍼드 와인의 동반자" 제3판 223 페이지 옥스퍼드 대학 출판부, ISBN 0-19-860990-6

[5] Franson, Mary Ann (1975) AFA, AWWA & WPCF ISBN 0-87553-078-8페이지 89–91, 95–96

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