沉速公式通常用於描述顆粒在流體中下沉的速度。最著名的沉速公式是斯托克斯公式,它適用於球形顆粒在靜水中以較小的速度下沉的情況。斯托克斯公式的表達式如下:
斯托克斯公式:
v = (g * (d1 - d2) * r^2) / (18 * μ)
其中:
v 是顆粒的沉速(厘米/秒)
g 是重力加速度
d1 是顆粒的比重
d2 是水介質的比重
μ 是水介質的粘度
r 是顆粒的半徑(厘米)
斯托克斯公式是在理想狀態下得出的,假設顆粒為與水比重相同的球體,在20℃恆溫、靜水中下沉。這個公式適用於粒徑小於0.04mm的顆粒。對於非球形顆粒,斯托克斯公式需要進行修正,引入形狀係數κ,對於球形顆粒κ=0.222,而對於鱗片狀顆粒κ=0.040。
實際上,當顆粒下沉開始時,由於重力大於阻力,球體會呈加速運動。經過一段距離後,阻力與重力相等,球體以均勻速度下沉,此時的下沉速度即為沉速。沉速公式可以通過考慮阻力係數Cd和顆粒雷諾數Red來導出,其中Cd是Red的函式。
綜上所述,沉速公式的套用取決於顆粒的形狀、大小、比重以及流體介質的粘度和密度。對於球形顆粒在靜水中的情況,斯托克斯公式提供了一個簡單的計算方法。對於非球形顆粒或複雜流動條件,可能需要考慮更多的物理參數和修正係數。