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维诺格拉道夫方程

/Vinogradov’s equation/
条目作者魏德洲

魏德洲

最后更新 2023-03-30
浏览 90
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固体矿物颗粒在垂直交变运动介质流中的运动微分方程。

英文名称
Vinogradov’s equation
所属学科
矿业工程

首先由苏联学者N.N.维诺格拉道夫[注]于1952年提出,后来又经过V.I.赫旺[注]等人补充,最终形成了如下形式:


式中分别为矿物颗粒和分选介质的密度,千克/米3为矿物颗粒的粒度,米;为介质运动的速度,米/秒;为介质运动的加速度,米/秒2为颗粒的运动速度,米/秒;为重力加速度;为与颗粒形状有关的质量联合系数(对于球形颗粒)。

在跳汰分选过程中,颗粒受到非恒定运动介质流的作用,其受到的作用力包括:

①颗粒在介质中的有效重力

②水流的相对速度阻力

式中的为阻力系数,为矿物颗粒与分选介质的相对运动速度()。

③介质的加速度附加惯性阻力

这是被加速运动的颗粒所带动的周围介质所产生的惯性阻力。

④加速运动的介质流对颗粒的附加推力,其值相当于颗粒体积占有的那部分介质获得加速度所受到的作用力,即:

⑤颗粒运动时所受到的机械阻力,是颗粒在运动过程中相互碰撞、摩擦所引起的阻力,其数值取决于床层松散度以及颗粒的粒度和形状。由于影响机械阻力的因素很复杂,无法用数学式表达,所以分析跳汰过程中颗粒运动的趋向时没有把它考虑在内。在忽略机械阻力的条件下,跳汰过程中颗粒的运动微分方程为:


亦即:

代入上式,经整理即得维诺格拉道夫方程,它主要用于分析矿物颗粒在跳汰分选过程中的运动行为、跳汰分选过程的影响因素及其作用机制。

由维诺格拉道夫方程可以看出,颗粒运动的加速度基本上由三种加速度因素构成,其一是重力加速度因素;其二是速度阻力加速度因素;其三则是由介质的加速度引起的附加推力加速度因素。

重力加速度是静力性质因素,随颗粒密度的增加而增大,与颗粒的粒度和形状无关,所以属于按密度分层的基本作用因素。速度阻力加速度与颗粒的密度和粒度同时有关,高密度细颗粒与低密度粗颗粒因有相近的速度阻力加速度,将引起同样的运动,以至不能有效分层。这项影响随着相对速度的增大、作用时间的延长而增强。减小这项因素影响的唯一办法是减小相对速度及控制其作用时间。介质的加速度引起的附加推力加速度因素是由介质加速运动引起的颗粒运动加速度,只与颗粒的密度有关。但由于介质加速度的方向是变化的,其对分层的影响亦不一样。当介质的加速度方向向上时,高密度颗粒的上升加速度比低密度颗粒的小,对按密度分层有利。反之,加速度方向向下时,高密度颗粒则会因加速度小而滞留在上层,对按密度分层不利。所以在采用跳汰分选法选别物料时,水流向下的加速度应尽量减小。

维诺格拉道夫方程忽视了床层悬浮体内静压强增大对颗粒运动的影响,仍然用介质的密度计算颗粒所受到的浮力,这是不符合实际的。此外,维诺格拉道夫方程还忽略了机械阻力的影响,所以只能用来定性地分析一些因素对跳汰分选过程的影响。

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