침강 입자에 영향을 미치는 원인으로는 부력 마찰저항 중력

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본문내용: 1. 침강
(1) 입자에 영향을 미치는 원인으로는 부력, 마찰저항, 중력이다.
부력은 쉽게 말하면 물에 뜨려는 힘을 말하는 것으로 크기는 유체 속에 있는 물체의 부피와 같은 부피를 가진 유체의 무게와 같으며, 부력의 작용점은 물체가 밀어낸 부분에 유체가 있다고 가정했을 때의 무게중심과 일치한다. 이 작용점을 부력중심(또는 부심)이라 하며, 부체(떠 있는 물체)가 기울어져 있을 경우의 복원력을 결정하는 중요한 요소이다.
buoyancy FB = π/6D3ρfq
마찰저항은 유체가 점성을 갖기 때문에 저항이 나타나므로 점성저항이라고도 한다. 유체가 흐를 때 관의 벽 등에 의한 마찰에 의하여 느껴지는 저항을 말한다. 이러한 저항은 유체 속도가 빨라지면 더욱 커지게 된다. 마찰저항이 작으면 같은 힘으로 더욱 많은 양의 유체를 수송할 수 있다. 따라서 마찰저항을 저하시키기 위하여 고분자화합물(polymer), 계면활성제(surfactant), 가는 섬유입자(Fiber) 등을 유체 안에 첨가하기도 한다.
frictional resistance FD = π/8ρV3pDp2CD
중력은 항력계수와 관련되는 것으로 높이와도 관련된다.
gravity FG = π/6D3ρSg
여기서, Dp는 입자의 직경[m], ρf는 입자의 밀도[g/cm3], ρs는 액의 밀도 [g/cm3], μ는 액의 점도 [g/cm·s], g는 980[cm/s2]이다.
주위의 영향을 적게 받고, 크고 작은 단일입자의 침강속도에 영향을 받는다고 생각하는 것이 좋다. 입자가 정지 유체 중에 중력의 작용을 받아서 침강할 때, 그 초기에 있어서 침강속도는 가속도적으로 증대하지만 한 방향에서 입자는 상향하는 부력과 저항력이 작용하고 이 저항력은 입자의 침강속도와 함께 증대하기 때문에 상향하는 힘이 중력과 조화를 이룬 속도에서 입자는 등속 침강하게 된다. 이때의 속도를 종말속도(Terminal Velocity)라 한다. 수중에서 입자가 침강하기 시작하고부터 종말 속도에 도달할 때까지의 시간은 매우 짧아서 보통은 입자가 처음부터 종말속도에서 침강하는 것으로 해도 지장이 있다.
결과적으로 정지액 중 현탁되어 있는 입자가 높이 H[cm]의 정지액체 중을 침강하는데 요하는 시간을 θ[s]라고 하면 Stokes 법칙에 의하여 직경 Dp의 입자의 침강종말속도 us는
us = H/θ = (ρs-ρf)gDp2/18μ[cm/s]
(2) 침전형태의 종류

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