Akademik

ФИЛЬТРАЦИЯ

ФИЛЬТРАЦИЯ: движение жидкости (воды, нефти) или газа (воздуха, природного газа) сквозь пористую среду. Ф. воды, нефти, газа в грунтах имеет большое значение в строительстве гидротехнич. сооружений, в мелиорации, водоснабжении, при добыче нефти и газа. Ф. используется в фильтрах из пористых в-в, применяемых для очистки жидкостей и газов, разделения жидких неоднородных систем, как в лабораторных, так и в пром. условиях (в хим., пищ., нефтеобрабат. и др. областях пром-сти). Для Ф., как процесса, проводимого в пром-сти и лаб. условиях, применяется также термин «фильтрование».

Расход жидкости или газа при Ф. (фильтрац. расход) обычно определяется зависимостью: Q=kShv/L, a скорость Ф. W — т. н. законом Дарси: W=kI, где k — эмпирич. коэфф. Ф., S — полная площадь поперечного сечения фильтрац. потока (не только сечения пор, но и твёрдых частиц), hv— напор, теряемый по длине пути Ф. L, hv/L=I — напорный градиент или гидравлич. уклон, показывающий величину падения напора на единицу длины пути Ф. Скорость Ф. меньше действит. скорости жидкости или газа в порах, т. к. движение происходит только через ту часть площади сечения S, к-рая занята порами. Закон Дарси справедлив при ламинарном течении в порах фильтрующей среды, что большей частью и имеет место в действительности (песчаные, глинистые и т. п. грунты, бетон). При Ф. в крупнозернистых материалах, напр. в каменной наброске, где имеет место турбулентное течение, скорость Ф. определяется др. зависимостями, напр. W=k'Im, где k' и m — фильтрац. характеристики грунта, причём первая аналогична коэфф. Ф., а вторая меняется от 1 до 1/2.

ФИЛЬТРАЦИЯ

- движение жидкости или газа сквозь пористую среду. Ф. воды, нефти, газа в грунтах имеет большое значение в строительстве гидротехн. сооружений, в мелиорации, водоснабжении, при добыче нефти и газа. Ф. используется в фильтрах из пористых веществ, приме-

костного и индуктивного) от частоты перем. тока. Для фильтрации сигналов, частота к-рых составляет доли Гц, служат электротепловые фильтры (ЭТФ), представляющие

Рис. 1. Принципиальные схемы некоторых электрических фильтров на катушках индуктивности, конденсаторах и резисторах -нижних частот ( а), верхних частот ( б), полосно-пропускающего (в), режекторного ( г )и их частотные характеристики; L₁, L₂, ..., L_n - катушки индуктивности, C₁, C₂,..., C_n - конденсаторы, R₁, R₂, ... R_n- резисторы, f- частота, f_н и f_в -граничные частоты.

собой стержень с источником тепла и термоэлектрич. преобразователем; введение в ЭТФ усилителей с обратной связью позволяет реализовать электротепловые ФВЧ и ППФ. Существуют также эл.-механич. фильтры, выполненные на основе дисковых, цилиндрич., пластинчатых, гантельных и камертонных резонаторов. В таких Ф. э. используется явление механич. резонанса; применяются в диапазоне от неск. кГц до 1 МГц. Высокими фильтрующими свойствами обладают пьезоэлектрич. ППФ и ПЗФ, материалом для изготовления к-рых служит пьезокварц или пъезокерамика (см. также Пъезоэлектрики). Таковы, напр., пьезокварцевые фильтры на дискретных элементах- кварцевых резонаторах в сочетании с катушками индуктивности и конденсаторами; монолитные многорезо-наторные пьезокварцевые фильтры. Связь между резонаторами в последних осуществляется посредством акустич. волн - объёмных (для фильтров, применяемых в диапазоне частот от неск. МГц до десятков МГц) либо поверхностных (в диапазоне от неск. МГц до 1-2 ГГц). Особую группу Ф. э. составляют цифровые фильтры (рис. 2), часто выполняемые на интегральных схемах. В технике сверхвысоких частот Ф. э. изготавливают на основе отрезков линий передачи (коаксиальных кабелей, полосковых линий, металлич. радиоволноводов и др.), являющихся по существу распределёнными колебательными системами (см. Система с распределёнными параметрами). В диапазоне частот 100 МГц-10 ГГц применяют гребенчатые, шпилечные, встречно-стержневые, ступенчатые и др. Ф. э. из полосковых резонаторов (рис. 3). В диапазоне от неск. ГГц до неск. десятков ГГц распространены волноводные Ф. э., представляющие собой волноводную секцию с повышен-

ной критич. частотой (волноводные ФВЧ) либо секцию содержащую резонансные диафрагмы или объёмные резо наторы (волноводные ППФ).

Рис. 2. Структурная схема и временные диаграммы цифрового фильтра: УД-устройство дискретизации, преобразующее аналоговый сигнал х (t )в последовательность импульсов (решётчатую функцию) х*(t); АЦП - аналого-цифровой преобразователь, с помощью которого мгновенные значения аналогового сигнала заменяются ближайшими дискретными уровнями Х(пТ), где n = 0, 1,2, ..., T- период следования импульсов; ВУ - вычислительное устройство, преобразующее последовательность чисел (уровней) Х(пТ )в выходную функцию Y(n T);ЦАП - цифроаналоговый преобразователь, в котором Y(nT )преобразуется в выходной аналоговый сигнал у y(t).

Рис. 3. Электрические фильтры - гребенчатый (а) и шпилечный

(б); ШР - штепсельный разъём, P - резонаторы, ПК - подстроечные конденсаторы, К - корпус (со снятой крышкой).

Лит.: Белецкий А. Ф., Теоретические основы электропроводной связи, ч. 3, M., 1959; его же, Основы теории линейных электрических цепей, M., 1967; Алексеев Л. В., Знаменский А. E., Лотковa E. Д., Электрические фильтры метрового и дециметрового диапазонов, M., 1976. A. E. Знаменский.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.