Устройство для изучения поведенияминералов b водном потоке

 

блб и1 тв ч М с А

ПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сеюз Советских

Сецнаанстнчесних

Ресеубннк

О (и 798675

Ф

\, аГ, К АВТОРСКОМУ СВИ ТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву(22) Заявлено 270379 (21) 2736351/18-25 (51) М с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

G 01 V 9/00

Государствениый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 2301В1. Бюллетень N9 3

Дата опубликованию описания 230 181 (53) У@К 550.83 (088. 8) (72) Авторы изобретения

I0. В. Шумилов и И. С. Шевченко (71) Заявитель

Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт Дальневосточного научного центра AH СССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПОВЕДЕНИЯ MATEPHAJIOB

В ВОДНОМ ПОТОКЕ

Изобретение относится к области геологии россыпей, а именно к устройствам лабораторного экспериментального оборудования для изуче-. ния образования россыпных месторож- 5 . дений ценных минералов.

Известно устройство для изучения процесса переноса и окатывания обломочного материала (минералов), содержащее вращающийся барабан (ло- !О ток), имитирующий русло водного. потока (1) .

Недостатком данного устройства является вращение барабана, тогда как в естественных условиях русло 15 неподвижно по отношению к водному потоку. Экспериментальные данные, полученные при помоЪ и этого устройства, не могут считаться достоверными.

Известно устройство для изуче- 2О ния процесса переноса и окатывания обломочного материала, содержащее кольцевой лоток и вращающиеся плоские лопатки (2).

Недостатком устройства является 25 создание повышенных давлений перед плоскими лопатками, расположенными перпендикулярно потоку, и пониженных давлений за лопатками, что вызывает турбулентность потока. Достоверность получаемых экспериментальных данных снижается, появляется возможность их неоднозначной интерпретации.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство для изучения процесса переноса минералов водным потоком, содержащее кольцевой лоток и вращающиеся лопатки решетчатой конструкции, каждая из которых состоит из нескольких плоских лопастей (3) .

Недостатком этого устройства является турбулентность, создаваемая плоскими лопастями, расположенными под углом к набегающему потоку. Кроме того, завихрение у нижних концов лопастей приводит к появлению вертикальной составляющей скорости потока за лопастями и вносит дополнительные искажения в моделируемый поток, особенно в области придонного слоя, в то время как в естествен" ном потоке вертикальные составлякщив скорости зависят в основном от степени шероховатости дна. Другим недостатком известного устройства является зависимость линейной скорости

;Минералов, увлекаемых водным потоком, эт их расстояния до центра лотка— оси вращения, т. е. V <ж r где Ч t

798675

F = p S, 2

m V

2.

m1V в

1 (4) линейная скорость вращения тела вокруг оси; uo — угловая скорость этого тела; r — расстояние тела до оси вращения. Различная линейная скорость в моделируемом потоке у наружной и внутренней стенок кольцевого лотка обуславливает получение экспериментальных данных, имеющих существенные расхождения между собой. В этом заключается принципиальное отличие моделируемого в устройстве водного потока от естественного, имеющего близкие значения скорости течения и переноса обломочного материала в центральной части русла и некоторое равномерное ее снижейие к берегам.

Результаты измерений, с помощью ко tS торых получают количествеHHblB характеристики прбцесса переноса обломочного материала (например пройденное минералом расстояние эа определенное время), не соответствуют натурным Щ данным при наблюдении за естественными потоками. Эти количественные характеристики процесса переноса обломочного материала (минералов) .не используются для построения переноса минералов в естественном водном потоке, а получаемые качественные характеристики не позволяют определить достаточно надежно местонахождение коренного источника или россыпного месторождения полезных ископаемых, а также расстояние переноса минералов в естественных потоках. Таким образом, нестационарность моделируемого в этом устройстве водного потока, различные линейные скорости переноса обломочного материала в потоке делают исследуемый поток отличным от естественного, а результаты исследований не достоверными.

Цель изобретения — получение дос- ® товерной информации о поведении минералов в водном потоке.

Поставленная цель достигается тем, что.лопасти выполняют в виде объемных тел каплевидной формы с возможностью их свободного вращения в горизонтальной плоскости. Форма лопастей и их крепление не вызывают турбулентности водного потока. Кроме того, сохраняют постоянным для каждой лопасти значение произведения наибольшей площади поперечного сечения, являющейся лобовым сопротивлением при движении в воде, на расстояние ее до оси вращения кольцевого лотка. Это необходимо для 55выравнивания линейных скоростей в водном потоке кольцевого лотка.

На чертеже изображено устройство для изучения поведения минералов в водном потоке, вид сверху. 60

Устройство содержит в центре кольцевого лотка 1 ось 2, с насаженнь м на нее коромыслом. К коромыслу крепйтся вращающиеся по окружности в яотке лопатки 3< представляющие собой лопасти, выполненные в виде объемных тел каплевидной формы. Крепление лопастей производят в их утолщенной части так, чтобы они имели возможность свободно вращаться в горизонтальной плоскости..

Устройство работает следующим образом. Кольцевой лоток 1 перед началом работы заполняется водно-обломочной смесью, в которой находятся ценные минералы. Затем во вращение приводится ось 2 с насаженными на нее коромыслом и лопатками 3. Лопатки 3 при своем движении действуют на верхние слои воды, заполняющей кольцевой лоток 1, и приводят ее в движение.

3а счет вязкости воды это движение передается ее донным слоям. Для того, чтобы линейные скорости водного потока в кольцевом лотке 2 были одинаковы, наибольшее поперечное сечение,создающее лобовое сопротивление водному потоку каждой из лопастей, рассчитывают таким, что значение произведения его на расстояние лопасти до оси вращения кольцевого лотка остается величиной постоянной. Сила, действующая на вращающееся тело (лопасти) со стороны коромысла, 2 .(1) где m — масса вращающегося вокруг

-оси тела;

Ч вЂ” линейная скорость вращающегося тела;

R — расстояние вращающегося тела до оси вращения, а сила сопротивления воды движущемуся телу где F — равнодействующая сил сопротивления воды; р - давление воды на элемент поверхности движущегося тела, S — поперечное сечение движущегося тела.

Вода под действием этих сил приходит в равномерное движение, значит эти силы уравновешивают друг друга, т. е.

Тогда уравнение (3) для лопасти массой m находящейся на расстоянии К„ от оси вращения и имеющей поперечное сечение S„,èìååò вид а для лопасти MaccoA m, находящейся на расстоянии R от осй вращения и имеющей поперечйое сечение S> у2

К 2 (5) 798675

Для выполнения условия равенства линейных скоростей в кольцевом лотке приравниваются уравнения (4) и (5) и равенство .принимает вид

pR S (6) и> п>э

Давление для всех лопастей, погруженных на одну глубину, становится одинаковым, и равенство (6) преобразуется к виду

t0 й„ 5„

Г >.„

При равенстве зависимость (7) масс лопастей искомая

20

R„S R S (8)

Смоделированный таким образом водный поток имеет близкие значения скорости во всех точках поперечного сечения и движения смеси.

Придание лопастям наилучшей, с точки зрения гидродинамики, формы для обтекания позволяет воздействовать на водную среду и приводить ее в движение, не создавая турбулентности в ней. Это возможно потому, что каплевидное тело не создает резко выра><енных областей повышенного и пониженного давления, хвостовая (за.: ренная) часть лопастей не вызыьает появление вертикальной составляющей скорости водного потока.

BO3MO>iOe>OIIHOI O I> e>IH>I JIO пастей в горизонтальной плоскости позволяет лопастям при дви><ении в по- 35 токе самоустанавливаться так, что лоббвое сопротивление набегающему потоку всегда остается минимальным.

Лопасти, выполненные по найденной зависимости позволяют получить одинаковую линейную скорость водного потока в кольцевом лотке и создать стационарное течение, подобное естественному течению рек в натурных условиях. Смоделированный водный поток дает возможность изучать поведение минералов во всех аспектах его перемещения и состояния в естественных условиях в водных потоках.

Формула изобретения . Устройство для изучения поведения минералов в водном потоке, содержащее кольцевой лоток и вращающиеся лопатки решетчатой конструкции, каждая из которых состоит из нескольких плоских лопастей, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности информации о поведении минералов в водном потоке, . лопасти укреплены с возможностью свободного вращения в горизонтальной плоскости и выполнены в виде объемных тел каплевидной формы с сохранением постоянного значения произведения наибольшей площади поперечного сечения каждой лопасти Hà расстояние ее до оси вращения кольцевого лотка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Разумихин Н. В. Использование экспериментальных методов для решения некоторых вопросов формирования россыпей. "Геология россыпей", М., "Наука", 1965, с. 335-343.

2. Кюнен Ф. Экспериментальные исследования суспензионных потоков и глинистых суспензий. "Геология и геофизика морского дна", M., "Мир", 1969, а. 59-63.

3. Авторское свидетельство СССР

9 594477, кл. G 01 V 9/00, 1978 (прототип). .М ю

7 9 8 6 7 5

Составитель В. Зверев

Редактор В. Ииленко Техред A. Ач КоРРектоР М. Коста

Заказ 10022/58 Тираж 743

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, E-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4