矿粒在静止介质中的自由沉降速度
异就十分明显。主要表现在沉降过程中所受的介质阻力及其沉降速度的不同。
矿粒沉降时,介质统流不像绕流球体那么顺利,当然流线型物体除外,实际矿粒中流
线型者极少。所以矿粒的阻力系数较大,即矿粒与球体相比,矿粒所受介质阻力要大。当
呈层流绕流时,阻力的增大是与颗粒表面积增大有关;当呈紊流绕流时,阻力的增大则是
源于附面层提前发生分离,导致涡流区扩大有关。阻力增大的结果,使得矿粒比同样密
度、相同体积的球形颗粒,矿粒的沉降速度要低。而且矿粒的形状偏离球形愈大,速度降
低得也越显著。
由于实际矿粒绝大多数形状是非对称的,致使矿粒的沉降速度还与矿粒的长轴相对运
动方向的取向有关。矿粒沉降时的取向一般都遵循舵向原则,即矿粒力图沿阻力最小的方
向沉降。当矿粒长袖与沉降方向一致时,则阻力小、速度大;而当长轴垂直与沉降方向
时,所受阻力增大,速度大为降低。形状不规则的矿粒在沉降时的最小阻力方向,不但与
矿粒的形状有关,而且还与其运动速度(或Re)有关。例如薄平板状物体低速沉降时,它
将沿摩擦阻力最小的方向取向,即薄平板的长袖与沉降方向垂直。反之,若薄平板沉降速
度很大,物体运动时主要受形状阻力,那么它沉降时的阻力最小方向,是平板长轴平行于
沉降方向。
因矿粒形状不规则,表面粗糙,介质的作用力在矿粒表面很难对称分布,故其合力常
与矿粒重力,作用点不在同一垂线上,而是构成一种力偶,而且还有侧向分力存在,导致
矿粒在沉降过程中,不但自身翻滚,甚至沉降轨迹成为折线。
再有形状不规则的矿粒,沉降时的取向带有很大的偶然性,致使同一矿粒,经多次测
试其在静止介质中的沉降速度,数值都有所变化。尤其对同一筛分粒级的矿粒、因形状与
重量的差别,其沉降速度更是不一致。
表2-5是里查兹(R.Richerds)的实验结果,他测定了不同粒度的无烟煤、石英和方铅矿的沉降速度。从表中可以看出:三种矿粒实测的速度最大值和最小值之差近于9倍。
还得知,速度最大值和最小值的差别,随着矿粒的粒度d和密度δ减小,而更加显得突出。
二、矿粒在静止介质中的自由沉降速度
通过上述分析和实验资料说明不规则形状的矿粒,其沉降末速,依然取决于矿粒自身的密度和粒度这两个最基本的因素,而形状的影响是有限的。因此,前面所讨论的球形颗粒在静止介质中的沉降规律,对矿粒的沉降研究完全适用。即前述有关计算球体在介质中所受阻力及沉降速度的公式,只需稍加修正,同样可用于实际矿粒的沉降。