فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

فیلم فلوتاسیون یک روش برای جداسازی ذرات معدنی آب‌گریز از ذرات آب‌دوست است. در این مقاله به منظور شبیه‌سازی این روش، برخورد ذرات آب‌گریز کروی با سطح مشترک هوا – آب، مورد آزمایش قرار گرفت. هدف پژوهش حاضر، به دست آوردن سرعت بحرانی برخورد است که ذره آب‌گریز در آن روی سطح مایع شناور می‌ماند طوریکه در سرعت‌های بالاتر از سرعت بحرانی به طور کامل در مایع نفوذ می‌کند. برای پیش‌بینی سرعت بحرانی، یک مدل ریاضی بر اساس موازنه انرژی ارائه شده است. ذرات از جنس تفلون در اندازه‌های 3 – 5 میلی‌متر مورد استفاده قرار گرفتند. از آب مقطر با چگالی 1000/71 kg/m3 به عنوان سیال آزمایش استفاده شد. با استفاده از یک دوربین پرسرعت 4500 فرم در ثانیه، سقوط ذرات در مایع عکس‌برداری شد. از آزمایش‌ها برای ذرات کروی آب‌گریز تفلون دو رژیم شناوری و نفوذ مشاهده شد و سرعت‌های بحرانی برای همه اندازه‌ها محاسبه گردید و پس از پردازش تصاویر متوالی چگونگی حرکت ذره درون سیال به دست آمد. برای اولین بار ماکزیمم عمق نفوذ، عمق برگشتی، ارتفاع برگشتی و عمق شکست برای هر ذره تعیین شد و از مقایسه آ نها مشخص شد که در سرعت‌های بحرانی و نزدیک آن نفوذ ذره با نوساناتی همراه است و هرچه سرعت از مقدار بحرانی بیشتر شود تعداد نوسانات کاهش یافته تا این که در سرعت‌های بالاتر، ذره بدون هیچ نوسانی از سطح مایع جدا می‌شود. وابستگی ماکزیمم عمق نفوذ به ارتفاع سقوط مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که با افزایش ارتفاع سقوط، ماکزیمم عمق نفوذ نیز افزایش می‌یابد. همچنین به بررسی تأثیر اندازه ذرات بر سرعت بحراتی پرداخته شد و مشاهده شد که با افزایش اندازه ذرات سرعت بحرانی کاهش می‌یابد. علاوه براین تغییرات سرعت ذره و سرعت خط تماس سه فازی طی نفوذ در سیال در شرایط بحرانی رسم شد. مشاهده شد سرعت ذره در حین نفوذ، کاهش می‌یابد تا اینذکه در بیشترین عمق نفوذ، به صفر می‌رسد و ذره شروع به حرکت به سمت بالا می‌کند. در حین حرکت به سمت بالا، مقدار سرعت تا رسیدن به یک مقدار ماکزیمم افزایش یافته و مجددا کاهش می‌یابد و ذره تا یک ارتفاع مشخص پیش می‌رود تا این که در نهایت سرعتش به صفر می‌رسد و نیروی گرانش، ذره را دوباره به سمت پایین هدایت می‌کند. مدل ریاضی توسعه داده شده با مشاهدات آزمایش مقایسه شد و مشخص شد که در محدوده مدل‌سازی با مقادیر داده‌های به دست آمده هم‌خوانی خوبی دارد.