Экспериментальные данные в параметрах массопереноса

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Экспериментальные данные в параметрах массопереноса

27.07.2020

Коэффициент гидродинамической дисперсии. Определения коэффициента гидродинамической дисперсии при фильтрации в однородной пористой среде проведены многими исследователями в лабораторных условиях. Обзор экспериментальных работ по этому вопросу за период до 1962 г. сделан Т. Перкинсом и О. Джонстоном. Соответственно этим данным экспериментально установленная зависимость коэффициента дисперсии D от геометрических характеристик пористой среды и действительной скорости движения воды V имеет вид
Экспериментальные данные в параметрах массопереноса

где D0 — коэффициент молекулярной диффузии в свободном объеме; Dм — коэффициент молекулярной диффузии в пористой среде, молекулярное число Пекле Рем = Vd/D0; d — средний размер частиц пористой среды; в — коэффициент, характеризующий структуру пористой среды; а — показатель, зависящий от неоднородности укладки частиц среды (а=1—1,2). Величина Dм/D0 отражает извилистость поровых каналов и по экспериментальным данным изменяется в пределах от 0,28 до 0,63. При Рем < 0,1 преобладает молекулярная диффузия, при Рем больше 5 преобладает конвективный перенос. В переходной области 0,1 < Рем < 5 проявляются как молекулярная диффузия, так и конвективный перенос. При очень больших значениях Рем на конвективную дисперсию оказывают влияние инерционные силы и турбулентность, обуславливающие поперечное рассеяние вещества. Коэффициент поперечной дисперсии Dт в одномерном потоке, как правило, меньше коэффициента продольной дисперсии DL:

Проведенные в последующие годы лабораторные исследования были направлены на уточнение зависимости D от Рем, D0, Dm.

Анализируя эти данные, Д. Розе несколько расширил область проявления молекулярной диффузии до Рем < 0,3 и отметил, что в области преобладания конвективного переноса (Рем больше 5) следует учитывать влияние поперечной дисперсии. Зависимость коэффициента дисперсии от V часто выражают в виде

По данным С. Гупта и Р. Гринкорна, в песках, содержащих от 0 до 7,5% глинистых частиц, коэффициент дисперсии DL равен 0,05—0,8 см2/мин, параметр b = 0,97—1,16 и не зависит от содержания глинистых частиц. В суглинистой почве, содержащей 7,4% глинистых частиц, параметр aL = 0,44 см, b = 1.

Результаты немногочисленных работ по определению параметров гидродинамической дисперсии пород в естественных условиях залегания, требующих выполнения специальных полевых опытных работ, представлены в табл. 1. Существенно, что при полевых работах установлены значения а, превышающие на два-три порядка соответствующие величины по данным лабораторных исследований на однородных образцах пористых сред и пород. Так, в трещиноватых породах (мел, доломиты, песчаники) параметр продольной дисперсии aL измеряется в метрах и достигает 50 м, а в высокопроницаемых песчано-гравийных толщах aL = 6—21 м. Отдельные измерения параметра поперечной дисперсии ат дали также высокие значения —4,3 м. Высокие значения а указывают на возможность формирования в природных водоносных пластах значительных по размерам зон дисперсии. Вместе с тем следует отметить известную условность выполненных определений D и а в натуре, что связано с фильтрационной неоднородностью опробуемого массива пород и с приближенностью расчетных схем, использованных для нахождения этих параметров.

Параметры адсорбции. Определение параметров адсорбции проводилось по результатам лабораторного изучения фильтрации в породах растворов, содержащих различные загрязняющие вещества. Сорбционная способность почв в отношении кальция и свинца изучена С. Е. Иоргенсом в связи с прогнозом загрязнения почв и подземных вод на участках складирования осадков, остающихся после сточных вод. Коэффициент распределения р, выраженный как отношение концентрации металла в растворе (мг/л) к концентрации металла в почве (мг/кг), составил 0,01—0,17 для кальция и 0,001—0,003 для свинца. При высоком содержании в почве гумуса и глинистых коллоидов, а также при пониженных значениях pH отмечаются повышенные значения коэффициента распределения. К наиболее частым загрязнителям, поступающим в подземные воды из хозяйственно-бытовых сточных вод и ливневых стоков с сельскохозяйственных угодий, относятся фосфаты и соединения азота. Адсорбция фосфатов в статических и динамических условиях изучена С. Гуптой и Р. Гринкорном на песках с добавкой глины в количестве от 0 до 7,5%. В статических условиях адсорбция фосфатов происходила по изотерме Фрейндлиха (69) при значениях k от 0,024 до 0,103, a y = 0,221 — 0,266. В динамических условиях, при фильтрации со скоростью V = 0,38—1,55 см/мин, движение фосфатов подчинялось закономерностям линейной равновесной адсорбции (68) при в = 7,1—16,7 для песков с различным содержанием глины. Отмечено, что в одной и той же среде при изменении скорости фильтрации величина в не изменялась.

У. Вуд изучал динамическую сорбцию сульфатов на песчаных грунтах в связи с прогнозом качества подземных вод при их искусственном пополнении. Через колонки, заполненные песками различной крупности и состава, фильтровали раствор NaaSО4 + NaCl с разными начальными значениями pH. При pH = 8 сорбция сульфатов происходила по типу изотермы Фрейндлиха, причем присутствие хлоридов и натрия мало сказывалось на характере сорбции. Сорбция сульфатов контролировалась величиной удельной поверхности частиц грунта, содержанием окислов и гидроокислов железа и значением pH, Так, в песках с диаметром частиц 250—500 мкм при pH = 3—7 сорбция составляет 11 мкг/г, а при pH = 7—10 она снижается до нуля.

При концентрации сульфатов в растворе менее 634 мг/л параметр равновесной сорбции в(в = C/N) составлял 2,78.

Адсорбция хлоридов на поверхности частиц фильтрующей породы исследована А. Эльпринсом и П. Деем. Кинетическая константа ар в уравнении (75), характеризующая процессы осаждения и растворения солей при фильтрации в почвах, определена Д. Меламедом, Р. Хенксом и Л. Уиллардсоном и составляет 0,043 1/ч.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: