概述重力沉降课件

1、概述重力沉降PPT课件主要内容：主要内容： 概述重力沉降PPT课件第一节第一节 概述概述概述重力沉降PPT课件 混合物混合物分为两类，即分为两类，即均相混合物均相混合物（物系内部各（物系内部各处均匀且无相界面，如：石油、空气）和处均匀且无相界面，如：石油、空气）和非均非均相混合物相混合物。 悬浮液（固悬浮液（固-液混合物）液混合物）: 乳浊液（液乳浊液（液-液混合物）液混合物）: 含尘气体、含雾气体（气含尘气体、含雾气体（气-液、气液、气-固混合物）固混合物）: : 固、固分离 :概述重力沉降PPT课件一、非均相物系的分离一、非均相物系的分离概述重力沉降PPT课件 在流体与颗粒组成的非均相物系

2、中，考察流体(连续相)与颗粒间（分散相）的相对运动。三种情况：颗粒静止，流体对其绕流；流体静止，颗粒作沉降运动；两者都动但具有一定的相对速度。 可假设颗粒静止，流体以一定的速度对之作绕流；或流体静止，颗粒在流体中运动，分析流体对颗粒的作用力。概述重力沉降PPT课件流体绕过颗粒的流动分析流体绕过颗粒的流动分析 曳力与阻力的关系？曳力与阻力的关系？ 当流体以一定速度绕过颗粒流动时，流体与颗粒之间产生一对当流体以一定速度绕过颗粒流动时，流体与颗粒之间产生一对大小相等、方向相反的作用力，将流体作用于颗粒上的力称为曳力，大小相等、方向相反的作用力，将流体作用于颗粒上的力称为曳力，而将颗粒作用于流体上的力

3、称为阻力。而将颗粒作用于流体上的力称为阻力。 图为流体流过固体时，图为流体流过固体时，固体表面的受力情况。固体表面的受力情况。一般，总曳力由形体一般，总曳力由形体曳力和表面曳力两部曳力和表面曳力两部分组成。工程上大都分组成。工程上大都将形体曳力和表面曳将形体曳力和表面曳力合在一起，即研究力合在一起，即研究总曳力。总曳力。 概述重力沉降PPT课件 形体曳力和表面曳力的影响因素各是什么？形体曳力和表面曳力的影响因素各是什么？ 答：组成总曳力的两部分力中，答：组成总曳力的两部分力中， 为压力改变所为压力改变所导致的曳力，主要取决于颗粒的形状和位向，称为形体曳导致的曳力，主要取决于颗粒的形状和位向，称

4、为形体曳力；而力；而 则是由于流体和颗粒表面的摩擦所导致的则是由于流体和颗粒表面的摩擦所导致的曳力，主要由颗粒表面积的大小决定，称为表面曳力。曳力，主要由颗粒表面积的大小决定，称为表面曳力。概述重力沉降PPT课件关关系系由由实实验验测测定定雷雷诺诺准准数数pPppPdududuAFReRe)(Re)(22 概述重力沉降PPT课件概述重力沉降PPT课件5102Re500)()3(500Re2)()2(2Re)() 1 (1tppNewtonAllenStokes区湍流区区过渡区区层流区对球形颗粒24 Rep 0.618.5 Rep 0 44. 概述重力沉降PPT课件 第二节第二节 重力沉降重力沉

5、降 目的目的：从含有固体颗粒的流体中将固体和液体分离开：从含有固体颗粒的流体中将固体和液体分离开基本原理基本原理：利用流体和颗粒之间的密度差，在地球引力：利用流体和颗粒之间的密度差，在地球引力的作用下使颗粒与流体之间产生相对运动，从而实现两的作用下使颗粒与流体之间产生相对运动，从而实现两者的分离。者的分离。沉降的分类：重力沉降和离心沉降。沉降的分类：重力沉降和离心沉降。一、一、重力沉降速度的计算重力沉降速度的计算(1) 单个球形颗粒的自由沉降单个球形颗粒的自由沉降 单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中分散较好而颗粒互不接触、互不碰撞的条件下沉降，称为沉降速度。概述重力沉降PPT课件 颗粒在

6、流体中的流动颗粒在流体中的流动 在力场中，流体中的颗粒受到三个力的作用：在力场中，流体中的颗粒受到三个力的作用：(1)质量力 ,通常为重力。其大小可表示为： 重力场Fg=mg 球形颗粒球形颗粒 m=dp3p/6(2)浮力浮力Fb，依阿基米德定律，依阿基米德定律，浮力在数值上等于同体积浮力在数值上等于同体积流体在力场中所受的场力，流体在力场中所受的场力，故故 重力场 Fb= mg / P(3)曳力曳力FD 概述重力沉降PPT课件smumdAAuAFgdFgdFPPPDbsg/,.4.)(.)(26622233速度速度颗粒相对于流体的沉降颗粒相对于流体的沉降向的平面上的投影面积向的平面上的投影面积

7、颗粒在垂直于其运动方颗粒在垂直于其运动方无因次无因次阻力系数阻力系数与颗粒运动方向相反与颗粒运动方向相反阻力方向向上阻力方向向上浮力方向向上浮力方向向上重力方向向下重力方向向下 概述重力沉降PPT课件)(3)(40,043)(624)(6:,023223 tpppttDbgppppppppDbgudgdudduuFFFudgdduddudddumudgddduFFF 颗颗粒粒的的沉沉降降速速度度速速度度即即为为此此颗颗粒粒与与流流体体间间的的相相对对颗颗粒粒呈呈匀匀速速降降落落时时当当根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律有有其其加加速速度度为为颗颗粒粒呈呈加加速速降降落落时时当当在在静静止止流流体

8、体中中的的沉沉降降：讨讨论论在在重重力力作作用用下下颗颗粒粒概述重力沉降PPT课件颗粒在力场中的运动过程可分为几个阶段？颗粒在力场中的运动过程可分为几个阶段？ 分为两个阶段：加速段和恒速段。 随着颗粒运动速度的增大，颗粒所受的曳力也不断增大，必存在某一时刻使颗粒所受的诸力之和为零，从此时起，颗粒将在流体中作匀速运动，这时颗粒的运动速度称为终端速度。 概述重力沉降PPT课件gduNewtondgugduStokesppttppttpptt)(03. 344. 0102Re500)3(225)(4500Re2Allen)2(18)(2Re) 1 (53/1222区湍流区区过渡区沉降速度区层流区概述

9、重力沉降PPT课件 与流速平方成正比。湍流时：与流速一次方成正比。层流时：22222222055. 02444. 02324242tptppDpttptptpDududuAFduududuAF概述重力沉降PPT课件 stokes区区: （1）utd2 说明同一物系，大颗粒易沉降；说明同一物系，大颗粒易沉降； （2）ut1/ 在同一物系，不同的操作条件（在同一物系，不同的操作条件（t不同）不同） 气气-固固 tut 液液-固固 tut 所以：高温对气所以：高温对气-固分离不利，对液固分离不利，对液-固分离有利。固分离有利。 （3）ut（p-）流体的密度对分离影响不大。）流体的密度对分离影响不大。

10、概述重力沉降PPT课件采用试差法：采用试差法：假设假设流型流型选择选择公式公式计算计算计算计算Rep验算验算tu（2）计算颗粒的沉降速度）计算颗粒的沉降速度检验检验Re值是否在假设的流型区域，如果计算的值是否在假设的流型区域，如果计算的Re值不在，则应另选用其它区域的计算式求值不在，则应另选用其它区域的计算式求ut。符合于所用计算式的流型范围为止。符合于所用计算式的流型范围为止。概述重力沉降PPT课件例例一直径为一直径为0.1mm、密度为、密度为2200kg/m3的玻璃球在的玻璃球在20的水中的水中沉沉 降，试求其沉降速度。降，试求其沉降速度。解：先假设流型层于层流区，解：先假设流型层于层流区

11、， ut= = =6.5410-3m/s校核流型校核流型Re= = =1.440.01时，就显出器壁的影响，使沉降速度减小。 流体分子运动的影响 当颗粒直径小到可与流体分子的平均自由程相比拟时（如23m以下），颗粒作不定向和随机性运动，它们可穿过流体分子的间隙，使沉降速度大于斯托克斯定律计算的数值。另一方面，细颗粒的沉降将受流体分子碰撞的影响，当颗粒直径小于0.1m时，布朗运动的影响起主要作用，难以用重力沉降法除去流体中的颗粒。概述重力沉降PPT课件 气泡和液滴的运动 液滴与气泡在流动中会变形和产生内部循环流动。它们在流动时受到形体曳力的作用而有压扁的趋向，而表面张力的存在则有会使其保持球形状

12、。当颗粒尺寸较小（如小于0.5mm左右）时，由于单位体积的表面能很大，几乎保持球形，则可用前述计算公式来求沉降或浮升速度；当颗粒尺寸较大时，由于液滴或气泡在曳力作用下的变形及其内部的流体产生循环运动的影响，都将影响到曳力系数和沉降速度，因此，就与刚性的固体颗粒有所不同，前述公式不再适用，应该参阅有关资料来考虑。 概述重力沉降PPT课件重力沉降设备（降尘室；沉降槽）重力沉降设备（降尘室；沉降槽） 基本特征：体积大。基本特征：体积大。利用重力沉降分离气利用重力沉降分离气固非均相混合物时，称为降尘室，固非均相混合物时，称为降尘室，分离液分离液固非均相混合物时，称为沉降槽。固非均相混合物时，称为沉降槽

13、。1. 降尘室降尘室 作用：分离气体中尘粒的重力沉降设备。 操作：在气体从降尘室入口流向出口的过程中，气体中的颗粒随气体向出口流动，同时向下沉降。如颗粒在到达降尘室出口前已沉到室底的集尘斗内，则颗粒从气体中分离出来，否则将被气体带出。概述重力沉降PPT课件这是一个大空箱，含尘气体从一端进入，以流速这是一个大空箱，含尘气体从一端进入，以流速u水平通过水平通过降尘室，尘埃以自由沉降速度降尘室，尘埃以自由沉降速度ut 向室底沉降，只要能保证气向室底沉降，只要能保证气体在室内停留时间足够长，以便颗粒达到室底面，便能在出体在室内停留时间足够长，以便颗粒达到室底面，便能在出口得到净化的气体。口得到净化的气

14、体。 概述重力沉降PPT课件 假设降尘室的底面积和高分别用A、H表示。 气体在降尘室的水平通过速度为u,m/s 降尘室的生产能力(含尘气体在室内的体积流量)为qV, m3/s 任一颗粒在室内的停留时间为：r=AH/ qV 位于降尘室最高点颗粒沉到室底所需时间： t =H/ut 颗粒在降尘室中能被分离下来的条件为： 沉降条件 r t 或或 AH/ qV H/ut 或或qVA ut概述重力沉降PPT课件 为什么降尘室多做成扁平状？为什么降尘室多做成扁平状？ 理论上降尘室的生产能力只与降尘室的长度、理论上降尘室的生产能力只与降尘室的长度、宽度及沉降速度宽度及沉降速度u ut t有关，与降尘室高度无关

15、。有关，与降尘室高度无关。因此不必将设备做得太高。所以降尘室一般采因此不必将设备做得太高。所以降尘室一般采用扁平的几何形状，也可在室内加多层隔板，用扁平的几何形状，也可在室内加多层隔板，形成多层降尘室。常用的隔板间距为形成多层降尘室。常用的隔板间距为40-100mm40-100mm概述重力沉降PPT课件概述重力沉降PPT课件qV= (n+1) A底底 ut n为隔板数为隔板数解题时，由解题时，由qV 、 A底底可求出能分离的最小颗粒直径可求出能分离的最小颗粒直径dmin 降尘室特点降尘室特点：结构简单，流动阻力小，但体积庞大，：结构简单，流动阻力小，但体积庞大， 分离效率低，一般作预除尘用分离

16、效率低，一般作预除尘用, ,适用于除去粒度适用于除去粒度50m50m的粗颗粒。的粗颗粒。 概述重力沉降PPT课件注意： a. 设计时颗粒直径的选择：以上分析是基于颗粒在降设计时颗粒直径的选择：以上分析是基于颗粒在降尘室顶端能被分离的条件，显然，在此条件下，处于其他尘室顶端能被分离的条件，显然，在此条件下，处于其他位置的同直径颗粒也都能被除去。由于所处理的气体中粉位置的同直径颗粒也都能被除去。由于所处理的气体中粉尘颗粒的大小不均，因此，作设计时应以所需分离的最小尘颗粒的大小不均，因此，作设计时应以所需分离的最小颗粒直径为基准。颗粒直径为基准。 b. 气体速度的选择：降尘室中的气体流速不能过高，气

17、体速度的选择：降尘室中的气体流速不能过高，应保证气体流动的雷诺数处于层流区，防止将已沉降下来应保证气体流动的雷诺数处于层流区，防止将已沉降下来的颗粒重新卷起。一般降尘室内气体速度应不大于的颗粒重新卷起。一般降尘室内气体速度应不大于3m/s，具体数值应根据要求除去的颗粒大小而定，对于易扬起的具体数值应根据要求除去的颗粒大小而定，对于易扬起的粉尘（如淀粉、炭黑等），气体速度应低于粉尘（如淀粉、炭黑等），气体速度应低于1m/s。 概述重力沉降PPT课件2 2、沉降槽：利用重力沉降分离悬浮液的设备称为沉降槽。沉降槽通 常只能用于分离出不很细的颗粒，得到的是清液与含50%左右固体颗粒的增稠液，所以这种设

18、备也称为增稠器。 增稠器有澄清液体和增稠悬浮液的的双重功能，清夜产率取决于增稠器的直径，颗粒的停留时间取决于进口管以下增稠器的深度概述重力沉降PPT课件 连续式沉降槽的结构及操作：沉降槽有间歇式和连续式两类，连续式沉降槽是一个大直径的浅槽，料浆由位于中央且伸入液面下的圆筒进料口送至液面以下，经一水平挡板折流后沿径向扩展，使速度减缓。随着颗粒的沉降，液体缓慢向上流动，经溢流堰流出得到清液。颗粒则向下沉至底部形成沉淀层，由缓慢转动的耙将其排出。沉降槽一般用于大流量、低浓度悬浮液的处理（如污水处理）。 沉降槽中颗粒的沉降可分两个阶段 第一阶段在沉降槽的上部，在此区域内，颗粒浓度较低，可近似按自由沉降处理，第二阶段处于沉降槽的下部，随着颗粒浓度的增大，颗粒浓度的影响以及颗粒对流体性质的影响明显加大，属于干扰沉降。概述重力沉降PPT课件思考思考 ：(