Formule empirice pentru calcularea vitezei de sedimentare a particulelor în suspensie, ținând cont de influența procesului de floculare și a schimbului turbulent. Formule empirice de calcul a unui jet continuu Formule empirice de calcul
Aflați care este formula empirică.În chimie, EP este cel mai simplu mod de a descrie un compus - în esență o listă a elementelor care alcătuiesc un compus în funcție de procentul lor. Trebuie remarcat faptul că această formulă simplă nu descrie Ordin atomi dintr-un compus, indică pur și simplu din ce elemente constă. De exemplu:
- Un compus constând din 40,92% carbon; 4,58% hidrogen și 54,5% oxigen vor avea formula empirică C 3 H 4 O 3 (un exemplu de găsire a EF al acestui compus va fi discutat în a doua parte).
Înțelegeți termenul „compoziție procentuală”."Compoziție procentuală" se referă la procentul fiecărui atom individual din întregul compus în cauză. Pentru a găsi formula empirică a unui compus, trebuie să cunoașteți compoziția procentuală a compusului. Dacă căutați o formulă empirică pentru teme, atunci cel mai probabil vor fi date procente.
- Pentru a afla compoziția procentuală a unui compus chimic în laborator, acesta este supus unor experimente fizice și apoi analize cantitative. Dacă nu sunteți într-un laborator, nu trebuie să faceți aceste experimente.
Rețineți că va trebui să aveți de-a face cu atomi gram. Un atom gram este o cantitate specifică dintr-o substanță a cărei masă este egală cu masa atomică. Pentru a găsi atomul gram, trebuie să utilizați următoarea ecuație: Procentul unui element dintr-un compus este împărțit la masa atomică a elementului.
- Să presupunem, de exemplu, că avem un compus care conține 40,92% carbon. Masa atomică a carbonului este 12, deci ecuația noastră ar fi 40,92 / 12 = 3,41.
Aflați cum să găsiți rapoarte atomice. Când lucrați cu un compus, veți ajunge cu mai mult de un atom gram. După ce ai găsit toți atomii gram ai compusului tău, uită-te la ei. Pentru a găsi raportul atomic, va trebui să selectați cea mai mică valoare gram-atom pe care ați calculat-o. Apoi va trebui să împărțiți toți atomii gram în cel mai mic atom gram. De exemplu:
- Să presupunem că lucrați cu un compus care conține trei atomi gram: 1,5; 2 și 2.5. Cel mai mic dintre aceste numere este 1,5. Prin urmare, pentru a găsi raportul dintre atomi, trebuie să împărțiți toate numerele la 1,5 și să puneți un semn de raport între ele. : .
- 1,5 / 1,5 = 1, 2 / 1,5 = 1,33. 2,5 / 1,5 = 1,66. Prin urmare, raportul dintre atomi este 1: 1,33: 1,66 .
Înțelegeți cum să convertiți valorile raportului atomic în numere întregi. Când scrieți o formulă empirică, trebuie să utilizați numere întregi. Aceasta înseamnă că nu puteți folosi numere precum 1.33. După ce găsiți raportul dintre atomi, trebuie să convertiți fracțiile (cum ar fi 1,33) în numere întregi (cum ar fi 3). Pentru a face acest lucru, trebuie să găsiți un număr întreg, înmulțind fiecare număr al raportului atomic cu care veți obține numere întregi. De exemplu:
- Încercați 2. Înmulțiți numerele raportului atomic (1, 1,33 și 1,66) cu 2. Obțineți 2, 2,66 și 3,32. Acestea nu sunt numere întregi, deci 2 nu este potrivit.
- Încercați 3. Dacă înmulțiți 1, 1,33 și 1,66 cu 3, obțineți 3, 4 și, respectiv, 5. Prin urmare, raportul atomic al numerelor întregi are forma 3: 4: 5 .
Semn definit | Metoda de calcul |
Lungimea corpului (de la 1 la 6 ani) | Lungimea corpului unui copil de 4 ani este de 100 cm. Pentru fiecare an care lipsește se scade 8 cm. Pentru fiecare an peste 4 se adaugă 7 cm. |
Lungimea corpului (peste 6 ani) | Lungimea corpului unui copil de 8 ani este de 130 cm.Pentru fiecare an lipsă se scad 7 cm.Pentru fiecare an peste 8 se adaugă 5 cm. |
Greutatea corporală (de la 1 la 12 ani) | Greutatea corporală la 5 ani este de 19 kg. Pentru fiecare an se scad până la 5, 2 kg. Pentru fiecare an peste 5, se adaugă 3 kg. |
Greutatea corporală (peste 12 ani) | Determinat prin formula 5 x n – 20 kg, unde n este vârsta în ani |
Circumferinta pieptului | Circumferința toracică a unui copil de 10 ani este de 63 cm. Pentru fiecare an până la 10 ani se scade 1,5 cm. Pentru fiecare an peste 10 ani se adaugă 3 cm. |
Circumferinta capului | Circumferința capului la 5 ani este de 50 cm. Pentru fiecare an până la 5 ani se scade 1 cm. Pentru fiecare an peste 5 ani se adaugă 0,6 cm. |
Trebuie remarcat faptul că fluctuațiile permise pentru orice indicator cantitativ pot fi în cadrul aceluiași interval de vârstă. O condiție prealabilă pentru utilizarea acestei metode de evaluare a dezvoltării fizice este o evaluare inițială a nivelului de creștere. Pentru orice tulburări de creștere, se efectuează un calcul aproximativ al greutății corporale necesare, circumferinței toracice și circumferinței capului la o vârstă corespunzătoare lungimii corpului.
Un exemplu de evaluare a dezvoltării fizice folosind formulele lui Vorontsov I.M.:
Ivanov S., 3 ani
Înălțime – 97 cm, greutate corporală – 16 kg, circumferința pieptului – 52 cm, circumferința capului – 48,5 cm.
Înălțimea reală a copilului este de 97 cm, conform formulei - 110 cm. Înălțimea unui copil la 5 ani, pentru fiecare înălțime lipsă până la 5 ani, scade 8 cm (8 * 2 = 16 cm), 110 -16 = 94 cm.diferența dintre înălțimea reală și cei care ar trebui să fie de 97-94 = 3 cm, ceea ce este în limitele unui interval de vârstă (8 cm) pentru o anumită vârstă - ceea ce înseamnă că rata de creștere este medie.
Greutatea reală a copilului este de 16 kg, conform formulei - 19 kg. Greutatea unui copil la 5 ani, pentru fiecare copil dispărut de până la 5 ani, se scad 2 kg (2 * 2 = 4 kg), 19 - 4 = 15 kg. Diferența dintre greutatea reală și greutatea așteptată 16-15 este egală cu 1 kg, ceea ce se află în limitele unui interval de vârstă (2 kg) pentru o anumită vârstă - ceea ce înseamnă că indicatorul de greutate este mediu.
Indicatorii de înălțime și greutate nu depășesc limitele unui interval de vârstă în funcție de valoarea medie, adică greutatea corespunde înălțimii.
Circumferința pieptului copilului este de 52 cm, conform formulei - 63 cm. Circumferința toracelui la 10 ani se scade 1,5 cm pentru fiecare an care lipsește (1,5 * 7 = 10,5), 63-10,5 = 52,5 cm. Diferența dintre Circumferința toracică reală și cea așteptată este de 52,5-52 = 0,5 cm, ceea ce se află în limitele unui interval de vârstă (1,5 cm) pentru o anumită vârstă - asta înseamnă că indicatorul pentru piept este mediu.
Circumferința capului copilului este de 48,5 cm, conform formulei -50 cm.Circumferința capului la 5 ani, pentru fiecare an care lipsește se scade 1 cm (1 * 2 = 2 cm), 50-2 = 48 cm. Diferența dintre circumferința reală a capului și ar trebui să fie de 48,5-48=0,5 cm, ceea ce este în limitele unui interval de vârstă (1 cm) pentru o anumită vârstă - ceea ce înseamnă că circumferința capului este medie.
Concluzie: dezvoltarea fizică este medie, armonioasă, proporțională.
Există formule pentru calcularea indicatorilor corespunzători ai greutății corporale a copiilor în raport cu înălțimea.
Formule empirice pentru calcularea greutății corporale adecvate
(dupa inaltime)
Semn definit | Metoda de calcul |
Greutatea corporală de-a lungul lungimii fătului 25-42 săptămâni de gestație | Un fruct cu lungimea corpului de 40 cm are o masă de 1300 g. Pentru fiecare 1 cm din lungimea corpului care lipsește, greutatea scade cu 100 g. Pentru fiecare 1 cm suplimentar de lungime a corpului, greutatea crește cu 200 g. |
Greutatea corporală de-a lungul lungimii corpului unui copil din primul an de viață | Cu o lungime a corpului de 66 cm, greutatea este de 8200 g. Pentru fiecare 1 cm din lungimea corpului care lipsește, greutatea scade cu 300 g. Pentru fiecare 1 cm suplimentar de lungime a corpului, greutatea crește cu 250 g. |
Greutatea corporală în funcție de lungime a unui copil de peste un an | Cu o lungime a corpului de 125 cm, greutatea este de 25 kg. Pentru fiecare 7 cm lipsă până la 125 cm, se scad 2 kg, pentru fiecare 5 cm suplimentar se adaugă 3 kg, iar în timpul pubertății - 3,5 kg. |
După determinarea greutății corporale adecvate pentru o anumită înălțime, este necesar să se calculeze procentul de deficiență a greutății corporale, în funcție de care se poate determina gradul de malnutriție la copil.
(metoda empirică)
În munca practică a unui medic pediatru, destul de des este nevoie de o evaluare rapidă aproximativă a indicatorilor antropometrici. În acest scop, se utilizează metoda formulelor empirice. În ciuda relativității convenționale și inexactității evaluării, metoda nu și-a pierdut încă semnificația datorită ușurinței sale de utilizare. Dezavantajele sale includ o eroare mare, care crește odată cu abaterile pronunțate ale indicatorilor, precum și lipsa de luare în considerare a sexului copilului. Indicatorii antropometrici ai copilului sunt comparați cu valorile medii de vârstă calculate folosind următoarele formule indicative.
Formule empirice pentru copii cu vârsta peste 1 an
Formule empirice de calcul și evaluare
Indicatori antropometrici la copiii cu vârsta peste 1 an
(n – vârsta în ani)
Inaltime peste 1 an, cm:
Înălțimea unui copil la 8 ani este de 130 cm.
Pentru fiecare an lipsă până la 8, scădeți 7 cm, adică 130-7×(8-n);
(Prin urmare, creștere anuală de până la 8 ani medii 7 cm).
Pentru fiecare an peste 8, se adaugă 5 cm, adică 130+5×(n-8);
(Prin urmare, după 8 ani de creștere anuală medii 5 cm)
Greutate corporală, kg:
de la 1 an la 11 ani
Greutatea corporală la 5 ani este de 19 kg.
Pentru fiecare an lipsă până la 5, se scad 2 kg, adică 19-2×(5-n);
(Prin urmare, creștere anuală de până la 5 ani este în medie 2 kg)
Pentru fiecare an peste 5 se adaugă 3 kg, adică 19+3×(n-5);
(Prin urmare, după 5 ani de creștere anuală medii 3 kg).
de la 12 la 16 ani
Greutatea corporală este determinată de formula: 5×n-20 (după 11 ani crestere anuala in greutate corpul este în medie 4-5 kg).
Circumferința capului, cm
Circumferința capului la 5 ani este de 50 cm.
Pentru fiecare an care lipsește până la 5, scădeți 1 cm, adică 50-1×(5-n);
(Prin urmare, creștere anuală de până la 5 ani medii 1 cm).
Pentru fiecare an peste 5 se adaugă 0,6 cm, adică 50 + 0,6 × (n-5);
(Prin urmare, după 5 ani de creștere anuală medii 0,6 cm).
Circumferința pieptului, cm
Circumferința pieptului la 10 ani este de 63 cm.
Pentru fiecare an lipsă până la 10, se scade 1,5 cm, adică 63-1,5 × (10-n);
(Prin urmare, creștere anuală de până la 10 ani medii 1,5 cm).
Pentru fiecare an peste 10 se adaugă 3 cm, adică 63+3×(n-10);
(Prin urmare, după 10 ani de creștere anuală medii 3 cm).
Evaluarea indicatorilor
Fiecare indicator măsurat la un copil este comparat cu media de vârstă, calculată folosind formule. În continuare, se determină abaterea de la valoarea calculată. Pentru a-l evalua, folosiți regula intervalelor de vârstă.
Este convențional acceptat că abaterea admisă este în intervalul de vârstă 1(cantitatea de creștere (în cm) sau de creștere (în kg) timp de 1 an, timp de 6 luni sau timp de 3 luni, în funcție de intervalul grupelor de vârstă). Astfel de index conteaza in medie. Dacă abaterea este în interiorul de la 1 la 2 intervale de vârstă, indicatorul este evaluat ca „peste medie” sau „sub medie”.
Dacă abaterea este de la 2 la 3 intervale de vârstă, indicatorul este evaluat ca „ridicat” sau „scăzut”,în acest grup pot exista indicatori atât la granița cu norma, cât și patologici. Ca urmare, nu este posibilă evaluarea obiectivă a unui astfel de indicator folosind metoda formulelor empirice. Pentru a clarifica, ar trebui să utilizați alte metode de evaluare (centile sau sigma).
Dacă iese abaterea dincolo de 3 intervale de vârstă, indicatorul este considerat patologicși cu atât mai mult necesită clarificarea evaluării.
Astfel, la aprecierea indicatorilor antropometrici prin metoda formulelor empirice, precum și cu evaluarea centile, se disting 7 gradații de aprecieri (indicator mediu; peste, sub medie; ridicat, scăzut; patologic ridicat, scăzut).
Forma de înregistrare și evaluare a rezultatelor măsurătorilor antropometrice
după formule empirice
Pe baza rezultatelor evaluării indicatorilor antropometrici se formulează concluzie finală. Baza pentru evaluarea finală este determinată de înălţime(medie, peste, sub medie etc.). În continuare, se determină armonie dezvoltarea fizică (corespondența dintre greutate și înălțime). Dacă înălțimea și greutatea sunt în aceleași categorii de evaluare sau adiacente, aceasta indică o dezvoltare armonioasă; dacă în altele – despre dizarmonie. Se notează abateri ale circumferinței capului și toracelui, dacă există.
Trebuie amintit că, pentru orice tulburări de creștere (scurtă, înaltă), se efectuează un calcul aproximativ al greutății corporale necesare, circumferinței toracice (semne dependente) la o vârstă corespunzătoare lungimii corpului. În plus, greutatea conform formulelor empirice este calculată în funcție de vârstă, și nu de înălțime. Prin urmare, concluzia finală despre dezvoltarea armonioasă se poate face numai după estimări de greutate bazate pe înălțime.
Pe baza rezultatelor evaluării integrale se disting 3 grupe de evaluare care determină tactica medicală.
1. Grupul principal – Varianta de norme(abaterea indicatorilor de la vârsta medie în intervale de 1 sau 2 de vârstă).
2. Frontieră grup (abaterea este în zona de la 2 la 3 intervale de vârstă). Evaluarea necesită clarificare prin alte metode.
3. Patologic(abaterea indicatorilor depășește 3 intervale de vârstă). Evaluarea necesită clarificare prin alte metode, după care se ia o decizie cu privire la tactica medicală.
Exemple:
1. Grupa de vârstă 10 ani.
Concluzie: dezvoltarea fizică este medie, deoarece înălțime medie; armonios, pentru că înălțimea și greutatea sunt în categorii de evaluare adiacente. Grupul de evaluare este cel principal, o variantă a normei.
Semn definit |
Metoda de calcul |
Greutatea corporală de-a lungul lungimii fătului 25-42 săptămâni de gestație |
Un fruct cu lungimea corpului de 40 cm are o masă de 1300 g Pentru fiecare 1 cm lipsă din lungimea corpului, greutatea scade cu 100 g Pentru fiecare 1 cm suplimentar de lungime a corpului, greutatea crește cu 200 g |
Greutatea corporală de-a lungul lungimii corpului unui copil din primul an de viață |
Cu o lungime a corpului de 66 cm, greutatea este de 8200 g Pentru fiecare 1 cm lipsă din lungimea corpului, greutatea scade cu 300 g Pentru fiecare 1 cm suplimentar de lungime a corpului, greutatea crește cu 250 g |
Greutatea corporală în funcție de lungime a unui copil de peste un an |
Cu o lungime a corpului de 125 cm, greutatea este de 25 kg Pentru fiecare 7 cm lipsă până la 125 cm, se scad 2 kg, pentru fiecare 5 cm suplimentar se adaugă 3 kg, iar în timpul pubertății - 3,5 kg |
După determinarea greutății corporale adecvate pentru o anumită înălțime, este necesar să se calculeze procentul de deficiență a greutății corporale, în funcție de care se poate determina gradul de malnutriție la copil.
Determinarea procentului de deficit de greutate corporală față de valoarea așteptată, calculată folosind o formulă empirică
(FM-DM)/DM=-%
FM- greutatea corporală reală
DM- greutate corporală adecvată
-% - procentul deficitului de greutate corporală față de cel așteptat
Atunci când se evaluează caracterul adecvat al nutriției unui copil, adică conformitatea rațiilor alimentare cu nevoile și capacitățile fiziologice ale corpului copilului, este necesar, în primul rând, să se concentreze asupra raportului greutate-înălțime. Raportul greutate-înălțime determină prognosticul pentru dezvoltarea malnutriției.
Raport greutate-înălțime
Dacă indicatorul MRS este mai mare de 80%, nu există niciun risc,
70-80% - există un risc mediu,
mai puțin de 70% - există un risc pronunțat de a dezvolta malnutriție.
EVALUAREA DEZVOLTĂRII FIZICE PRIN METODĂ DEVIERI SIGMA
Tabelele de abateri sigma conțin indicatori de creștere pentru fiecare vârstă, care sunt grupați în funcție de magnitudinea abaterilor sigma în 5 grupe:
Scăzut – de la M-2δ și mai jos
Sub medie – de la M-1δ la M-2 δ
Mediu – de la M-1δ la M+1δ
Peste medie – de la M+1δ la M+2δ
Ridicat – de la M+2δ și mai sus.
Abaterile caracteristicilor antropometrice în cadrul 1δ sunt considerate variante ale normei pentru această caracteristică.
Dacă greutatea corporală corespunde unei înălțimi date, de ex. fluctuațiile acestor semne nu depășesc 1δ, atunci dezvoltarea fizică a subiectului poate fi considerată armonioasă, dacă nu, dizarmonică. Este necesar să se țină seama de semnele descriptive ale dezvoltării fizice și, în fiecare caz specific, să se indice de ce se remarcă o dezvoltare dizarmonică.
Ivanov S., 7 ani
Inaltime – 126 cm
Greutatea corporală - 26 kg
Înălțimea reală a copilului este de 126 cm, înălțimea medie a unui băiat de 7 ani conform tabelului abaterilor sigma este de 123,8 cm.O sigma pentru această vârstă este de 5,5. Diferența dintre înălțimea reală și înălțimea așteptată de 126-123,8 este de 2,2 cm, ceea ce este mai mic de un sigma (2,2:5,5 = 0,39 sigma), ceea ce înseamnă că rata de creștere este medie.
Greutatea reală a copilului este de 26 kg, greutatea medie a unui băiețel de 7 ani conform tabelului abaterilor sigma este de 24,92 kg. Un sigma pentru o anumită vârstă este 4,44. Diferența dintre masa reală și masa așteptată 26-24,92 este egală cu 1,08 kg, o sută este mai mică decât o sigma (1,08: 4,44 = 0,24 sigma), ceea ce înseamnă că indicatorul de masă este mediu.
Indicatorii de creștere și greutate nu depășesc 1 sigma, adică. greutatea corporală corespunde înălțimii – dezvoltare armonioasă.
EVALUAREA DEZVOLTĂRII FIZICE CU METODEA CENTILE
Indicatorii antropometrici sunt evaluați folosind tabele de tip centil. Distribuțiile Centile reflectă cel mai strict și obiectiv distribuția caracteristicilor în rândul copiilor sănătoși. Utilizarea practică a acestor mese este extrem de convenabilă și simplă.
Coloanele tabelelor cu centile arată limitele cantitative ale unei trăsături într-o anumită proporție sau procent (centilă) de copii sănătoși de o anumită vârstă și sex. Intervalele dintre coloanele de centile (zone, coridoare) reflectă gama de diversitate a valorilor trăsăturilor, care este caracteristic fie pentru 3% (zona de la a 3-a la a 10-a, fie de la 90-a la 97-a) sau 15% (zona de la a 10-a). -al 25-lea la 25 sau de la 75 la 90), sau 50% din toți copiii sănătoși din grupa de vârstă și sex (zona de la 25 la 75).
Fiecare caracteristică de măsurare (înălțimea, greutatea corporală, circumferința pieptului) poate fi plasată în mod corespunzător în „propria” zonă sau coridorul scalei centile în tabelul corespunzător. Nu se fac calcule în acest caz. În funcție de locul în care se află acest coridor, puteți formula o judecată de valoare și puteți lua o decizie medicală.
Zona 1 (până la centilul 3) – nivel „foarte scăzut”;
Zona 2 (de la al 3-lea la al 10-lea centil) – „nivel scăzut”;
Zona 3 (de la al 10-lea la al 25-lea centil) – nivelul este „sub medie”;
Zona 4 (centilele 25-75) – nivel „mediu”;
Zona 5 (de la 75-a până la 90-a) – nivelul este „peste medie”;
Zona 6 (de la 90-a până la 97-lea) - nivel „înalt”;
Zona 7 (din centilul 97) – nivel „foarte ridicat”.
Puteți înțelege ce este o scară centilă, de exemplu, înălțimea, folosind următorul exemplu. Imaginează-ți 100 de copii de aceeași vârstă și sex, aliniați în ordinea înălțimii de la cel mai mic la cel mai înalt (Fig.). Înălțimea primilor trei copii este evaluată ca fiind foarte mică, de la 3 la 10 - mică, 10-25 - sub medie, 25-75 - medie, 75-90 - peste medie, 90-97 - înălțime și ultimii trei băieți sunt foarte inalti.
Distribuția procentuală a copiilor după înălțime
Aceleași scale pot fi compilate pentru alți indicatori (Fig.).
Distribuția procentuală a copiilor în funcție de greutate
Distribuția procentuală a copiilor în funcție de circumferința toracică
Distribuția procentuală a copiilor în funcție de circumferința capului
Determinarea dezvoltării armonioase se realizează pe baza acelorași rezultate ale evaluărilor centile. Dacă diferența dintre numărul de zone dintre oricare doi dintre cei trei indicatori nu depășește 1, putem vorbi despre dezvoltare armonioasă; dacă această diferență este 2, dezvoltarea copilului ar trebui considerată nearmonioasă, iar dacă diferența este de 3 sau mai mult, are loc o dezvoltare puternic dizarmonică.
Pe baza rezultatelor evaluărilor centile, se disting următoarele trei; somatotip: microsomatic, mezosomatic și macrosomatic. Un copil este atribuit unuia dintre aceste somatotipuri în funcție de suma numerelor „coridoare” ale scalei centile obținute pentru lungimea corpului, circumferința pieptului și greutatea corporală. Cu un scor de până la 10, copilul aparține tipului microsomatic (dezvoltarea fizică a unui astfel de copil este evaluată sub medie), cu un scor de 11 până la 15 puncte - tipului mezosomatic (dezvoltarea fizică este medie), cu un scor de 16 la 21 - la macrosomatotip (dezvoltarea fizică este peste medie).
Exemplu de evaluare a dezvoltării fizice:
Ivanov S., 10 ani
Înălțime - 135 cm - valoare medie
Greutate corporală - 45 kg - valoare mare. Exces de greutate 50%
Circumferinta pieptului – 75 cm – valoare mare
Circumferința capului – 53,5 cm – valoare medie
Concluzie: Dezvoltarea fizică a copilului este medie, dizarmonică (datorită depunerilor crescute de grăsime), obezitate de gradul III.
Notă: Pentru tabelele centile, consultați manualul.
Și oceanografie”, Kaliningrad, e-mail: *****@***ru)
FORMULE EMPIRICE PENTRU CALCULUL RATELOR DE SEDIMENTARE A PARTICILELOR SUSPENDATE LUATĂ ÎN ȚINȚIE DE INFLUENȚA PROCESULUI DE FLOCULARE ȘI A SCHIMBULUI TURBULENT
PodgornyjK.A.
(Institutul Atlantic de Cercetare pentru Pescuit Marin și Oceanografie (AtlantNIRO), Kaliningrad)
FORMULEE EMPIRICE DE CALCUL AL RATELOR DE SEDIMENTARE A PARTICULALOR SUSPENDATE ȚINÂND ÎN CONȚINERE DE INFLUENȚA FLOCULĂRII ȘI A SCHIMBULUI TURBULENT
Cuvinte cheie: materie în suspensie, floculare, schimb turbulent, viteza de sedimentare
Când se calculează viteza de sedimentare a materiei în suspensie și se evaluează rolul materiei în suspensie în procesele biohidrochimice care au loc în ecosistemele acvatice, în unele cazuri este important să se țină cont de efectul floculării. În apele naturale, două grupe principale de floculi se disting în funcție de dimensiunile lor caracteristice: micro- și macroflocule. Microfloculii au dimensiuni de până la 125 microni, iar macrofloculii sunt formațiuni agregate mai mari, cu dimensiuni maxime ale floculului de până la 3–4 mm. Microfloculii constau de obicei din particule minerale, precum și din substanțe organice de natură și compoziție chimică diferite. Macrofloculii se formează prin agregarea microfloculilor într-un mediu apos. O creștere fie a dimensiunii particulelor, fie a densității particulelor duce la o creștere a ratei de depunere a acestora. Procesul de floculare este un proces fizic și chimic complex care depinde de mulți factori. Pentru apele naturale este de o importanță capitală influența schimbului turbulent, care, într-un anumit interval al intensității sale, duce la o creștere a frecvenței ciocnirilor de particule, în urma căreia crește și viteza de formare a floculului. Cu toate acestea, cu o intensitate semnificativă a turbulenței, se observă adesea procesul opus - distrugerea floculelor.
Să introducem în considerare parametrul de disipare a energiei de turbulență https://pandia.ru/text/80/326/images/image002_58.gif" width="123 height=25" height="25">unde este coeficientul de vâscozitatea cinematică a apei în funcție de temperatura acesteia https://pandia.ru/text/80/326/images/image005_34.gif" width="20" height="20">.gif" width="11" height=" 13 src="> – rata medie de disipare a energiei cinetice turbulente pe unitatea de masă. Pentru calcul se utilizează următoarea formulă: în care https://pandia.ru/text/80/326/images/image010_19.gif" width="19" height="20 src="> este constanta Karman; este distanța de la partea de jos.
În lucrare, a fost obținută o formulă empirică care ne permite să luăm în considerare dependența ratei de decantare a particulelor în suspensie de parametrul de disipare a energiei de turbulență https://pandia.ru/text/80/326/images/image012_18.gif " width="184" height="37" > (1)
unde este viteza reală de decantare a particulelor din fiecare fracțiune de dimensiune a materiei în suspensie (SM) în prezența turbulenței; rata de tasare la valoare ; , – constante empirice..gif" width="225" height="48"> (2)
unde este accelerația căderii libere; – densitatea particulelor în suspensie pentru https://pandia.ru/text/80/326/images/image022_15.gif" width="20" height="20"> – densitatea apei; – coeficientul de rezistență pentru particulele sferice din fiecare dimensiunea fracțiilor explozive, în funcție de numărul Reynolds; – diametrul particulei caracteristic pentru https://pandia.ru/text/80/326/images/image026_10.gif" width="83" height="24"> pentru particule sferice:
https://pandia.ru/text/80/326/images/image028_11.gif" width="177 height=43" height="43">.
Prima aproximare este valabilă pentru https://pandia.ru/text/80/326/images/image030_9.gif" width="73" height="23">.
În modelele de floculare, floculii sunt de obicei considerați ca obiecte (particule) fractale (adică, cu dimensiune fracțională) auto-similare. Pentru a obține ecuațiile de proiectare corespunzătoare, se folosește teoria fractală. Se presupune că viteza de decantare a particulelor este o funcție de dimensiunea caracteristică a floculelor (diametrul lor proiectiv) și de diferenţialul de densitate, adică excesul de densitate a floculului în raport cu densitatea apei..gif" width= "28" height="23"> datorită efectului de floculare variază de la 50 la 300 kg/m3.
Distribuția de mărime a particulelor agregate poate fi descrisă de una sau alta funcție de distribuție. Pentru a simplifica problema, în acest model nu va fi luată în considerare distribuția floculelor pe întregul spectru posibil de mărime. În schimb, așa-numita dimensiune a flocului de echilibru va fi considerată dimensiunea caracteristică a flocului. În esență, este aproape de conceptul de dimensiune medie ponderată (mediană) a particulelor în suspensie, care depinde de contribuția procentuală a particulelor de diferite tipuri și dimensiuni. Formarea particulelor agregate cu una sau alta dimensiune caracteristică depinde de echilibrul actual al multor forțe și factori de mediu care determină procesul de floculare și stabilirea unui anumit echilibru dinamic între procesele de formare și distrugere a floculilor.
Lucrarea a arătat că poate fi legată de diametrul caracteristic inițial https://pandia.ru/text/80/326/images/image037_6.gif" width="19 height=23" height="23"> al particulelor ca urmează:
https://pandia.ru/text/80/326/images/image039_7.gif" width="20" height="21">.gif" width="19" height="23 src="> flocul se modifică de la 1.4 la 2.2 ..gif" width="36" height="23"> sedimentarea floculului poate fi obținută din ecuația de echilibru a forței de sedimentare gravitațională a suspensiei și a forței de rezistență https://pandia.ru/text/80 /326/images/image045_6 .gif" width="121 height=37" height="37"> unde , sunt coeficienți empirici (valoarea lor depinde de gradul de sfericitate al particulelor); – coeficient de rezistenţă la decantarea floculelor. Pentru a calcula viteza de sedimentare a floculului obținem:
(4)
Pentru particule dense de formă sferică https://pandia.ru/text/80/326/images/image041_6.gif" width="40 height=21" height="21">. Dacă se dovedește că este mult mai puțin decât unitatea, atunci în acest caz formula (4) descrie decantarea particulelor în suspensie în conformitate cu legea lui Stokes..gif" width="64" height="23">.
Utilizarea formulei (4) este complicată de faptul că pentru efectuarea calculelor este necesar să se cunoască dimensiunea caracteristică a floculelor. Astfel, apare o sarcină suplimentară: construirea unui model care să descrie procesul de formare și distrugere a floculelor într-un flux de lichid turbulent și să permită calcularea ratei de modificare a dimensiunii floculelor la diferite niveluri de intensitate a schimbului turbulent în apă.
Lucrarea arată că într-o stare apropiată de starea de echilibru dinamic, rata de modificare a mărimii flocului poate fi calculată folosind următoarea ecuație diferențială de ordinul întâi:
https://pandia.ru/text/80/326/images/image056_6.gif" width="19" height="23 src="> – concentrația în masă a particulelor agregate; și – coeficienți empirici. Din (5) este urmează că, pentru valori mici, procesul dominant va fi formarea de flocule. Pentru valori suficient de mari, procesul dominant va fi procesul opus - distrugerea floculelor. În același timp, trebuie avut în vedere că direcția unui anumit proces va depinde, de asemenea, de nivelul actual de intensitate al procesului de schimb turbulent.Ecuația (5) este ușor de rezolvat analitic în ipoteza că într-o anumită perioadă de timp (de obicei aceasta este o etapă de integrare în timp) valoarea lui concentrația de masă este o valoare constantă.
Dacă procesele de formare și distrugere a floculelor sunt într-o stare de echilibru dinamic, atunci este posibil să se obțină o expresie pentru estimarea mărimii de echilibru a floculelor:
. (6)
Apoi din (4) cu ajutorul lui (6) presupunând că dimensiunea medie fractală este , putem obține o relație pentru calcularea ratei de echilibru a depunerii floculului:
. (7)
Astfel, dacă atunci când se modelează distribuția materiei în suspensie, nu se ia în considerare efectul de floculare, atunci când se calculează viteza de sedimentare a materiei în suspensie pentru fiecare fracțiune de dimensiune a explozivilor, trebuie utilizate formulele (1), (2). Întrebarea dacă să includă sau nu efectul floculării explozive în calcule ar trebui să fie decisă separat, pe baza unor studii suplimentare de teren și/sau de laborator ale proprietăților fizice și chimice ale solului. În special, cu ajutorul lor este necesar să se determine care parte și ce fracțiuni din compoziția inițială a explozivilor pot fi supuse procesului de floculare. Apoi, la modelarea pentru această parte a explozivului, calculul vitezei de depunere a floculelor se va efectua conform formulei (7), iar pentru fiecare dintre fracțiunile de dimensiune rămase - conform formulelor (1), (2).
BIBLIOGRAFIE
1. Graf W. H. Hidraulica transportului sedimentelor. New York: McGraw-Hill, 1971. 513 p.
2. Kranenburg C. Structura fractală a agregatelor de sedimente coezive // Estuarine Coastal Shelf Sci. 1994. Vol. 39. P. 451–460.
3. Raudkivi A. J. Hidraulica de delimitare liberă. Taylor & Francis, Londra, 1998. 538 p.
4. Van Leussen W. Macroflocuri estuariene și rolul lor în transportul sedimentelor cu granulație fină. Teză de doctorat, Universitatea din Utrecht. 1994. 488 p.
5. Winterwerp J. C. Un model simplu pentru floculația indusă de turbulențe a sedimentului coeziv // J. Hydraul. Res. 1998. Vol. 36. P. 309–326.
6. Winterwerp J. C. Despre flocularea și viteza de decantare a nămolului estuarin // Cont. Raft Res. 2002. Vol. 22. P. 1339–1360.
Pentru calculele vitezei de sedimentare a particulelor în suspensie și evaluarea rolului acestora în procesele biohidrochimice care au loc în ecosistemele acvatice în unele cazuri este important să se țină seama de efectul floculării și intensitatea schimbului turbulent. S-au obţinut formulele empirice. Ele pot fi folosite pentru a dezvolta modele matematice ale distribuției spațiale a materiei în suspensie.