沉降与过滤3-1

1、第一节第一节 概述概述 第二节第二节 重力沉降重力沉降第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤第四节第四节 过滤过滤第三节第三节 离心沉降离心沉降第一节、概述液态非均相物系的分离 非均相物系 是指存在两个（或两个以上）相的混合物。 均相物系 是指不同组分的物资混合形成一个相的物系。 分散物质或分散相 非均相物系中处于分散状态的一相。 分散介质与连续相 非均相物系中处于连续状态的一相概念分离目的： 回收分散物质 净制分散介质 劳动保护和环境卫生分离的分类 沉降分离法 过滤分离法 液体洗涤除尘法 电除尘法二、颗粒与流体相对运动时所受的阻力 曳力或阻力： 阻力计算式：22duFA量纲为1的数Repd u阻

2、力系数阻力系数ReRe关系图关系图球形颗粒的分区 层流区(斯托克斯） 过渡区（阿仑区） 湍流区（牛顿区）410Re224Re500Re2010Re5500Re2 1044. 0颗粒沉降运动中的受力分析（1）当固体处于流体中时，只要两者的密度有差异，）当固体处于流体中时，只要两者的密度有差异，则在重力场中颗粒将在重力方向与流体作相对运动；则在重力场中颗粒将在重力方向与流体作相对运动；在离心力场中与流体在离心力方向上作相对运动。在离心力场中与流体在离心力方向上作相对运动。直径为的球形颗粒受到的重力为：直径为的球形颗粒受到的重力为：其中为颗粒密度。其中为颗粒密度。直径为的球形颗粒受到的离心力为：直径

3、为的球形颗粒受到的离心力为：；其方向是从圆心指向外。；其方向是从圆心指向外。36ppdg33266pprppdadr第二节第二节 重力沉降重力沉降（2）颗粒处于流体中，无论运动与否，都会受到浮）颗粒处于流体中，无论运动与否，都会受到浮力。力。当流体处于重力场中，颗粒受到的浮力等于：当流体处于重力场中，颗粒受到的浮力等于：；流体在离心力场中时，颗粒也要受到一个类似于重力流体在离心力场中时，颗粒也要受到一个类似于重力场中浮力的力：场中浮力的力：36pdg326pdr 第二节第二节 重力沉降重力沉降一、一、 沉降速度沉降速度 d， s的球形颗粒的球形颗粒1. 1. 场力场力重力重力gds36 离心力

4、离心力rudad2ts3rs3662. 浮力浮力重力场重力场gd 36离心力场离心力场rud2t36 3. 阻力阻力颗粒与流体的相对运动颗粒与流体的相对运动 绕流，形成边界层绕流，形成边界层表皮阻力与形体阻力表皮阻力与形体阻力微元面所受力在垂直于流动方向上的分量沿颗粒表微元面所受力在垂直于流动方向上的分量沿颗粒表面的积分面的积分 wdA wdAsin pdA pdAcos 表皮阻力表皮阻力 AAAAgzAgzpApdcosdcosdcos 浮力浮力形体阻力形体阻力 AAdsinW 相对大小相对大小运动速度运动速度流流- -固之间作用力固之间作用力沉降与绕流并无本质区别沉降与绕流并无本质区别2u

5、42220du 二、二、 沉降速度与阻力系数沉降速度与阻力系数 1. 重力沉降速度重力沉降速度ut 重力重力- -浮力浮力- -阻力阻力= =颗粒质量颗粒质量加速度加速度 重、浮力一定，重、浮力一定，u ，阻力，阻力 ，加速度，加速度 加速度加速度=0=0时，时，u=u0重力沉降速度重力沉降速度gdps36gdp36042220pdu34pgdupt2. 离心沉降速度离心沉降速度 rudu 342tsr 颗粒实际运动速度在径向上的分量；颗粒实际运动速度在径向上的分量；方向：由圆心指向外；方向：由圆心指向外；轨迹：逐渐扩大的螺旋线，轨迹：逐渐扩大的螺旋线， 3. 公式成立假定条件公式成立假定条件

6、 其他因素对其他因素对ut的影响的影响颗粒为球形；颗粒为球形； 颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰；即颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰；即自由沉降自由沉降 容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略；容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略； 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。 4. 阻力系数阻力系数 因次分析因次分析)(Ref0duRe 阻力系数阻力系数ReRe0 0关系图关系图层流区层流区( (Stokes s区区) ) 3 . 0Re024Re18p2gduptStokes公式公式可以从理论上推导出可以从理论上推导出可以近似用到可以近似用到Re=2表皮阻力占主导地位表皮

7、阻力占主导地位不发生边界层分离不发生边界层分离过渡区过渡区( (Allen区区) ) 5002 Re6 . 005 .18Re6 . 0s269. 0Regdupt开始发生边界层分离开始发生边界层分离颗粒后部形成旋涡颗粒后部形成旋涡尾流尾流尾流区压强低尾流区压强低形体阻力增大形体阻力增大湍流区湍流区( (牛顿区牛顿区) ) 形体阻力占主导地位，表皮阻力可以忽略形体阻力占主导地位，表皮阻力可以忽略2000005000 Re阻力阻力 u2阻力系数与阻力系数与Re0无关无关44. 0p74. 1ptgdu Re2 105阻力系数骤然下降阻力系数骤然下降层流边界层层流边界层湍流边界层湍流边界层分离点后

8、移，尾流区收缩，形体阻力突然下降分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降510)103(Re近似取近似取 =0.1 5. 沉降公式使用方法沉降公式使用方法 事前能够确认流动区域，直接用对应公式事前能够确认流动区域，直接用对应公式 流动区域不能确定，采用试差法流动区域不能确定，采用试差法 假定流动处于层流区，假定流动处于层流区，Stokesu0 Re0 (？2)，yes结束结束no 换用相应区域公式换用相应区域公式 u0 Re0 判断，修正判断，修正通过实验整理数据得到通过实验整理数据得到( (Re02 105 ) )ArArRe6 . 0180ArAr阿基米德数阿基米德数 2s3 gdAr 用

9、法：用法： Ar Re0 u0 离心力场中的离心力场中的ur，将，将g替换为替换为ar重力沉降分离设备重力沉降分离设备一、一、 降尘室降尘室 1. 1. 工作原理工作原理 气体入室气体入室减速减速颗粒的沉降运动颗粒的沉降运动& &随气体运动随气体运动沉降运动时间沉降运动时间 气体停留时间气体停留时间分离分离说明说明 d ，容易除去，容易除去气量气量q qVs ，容易除去，容易除去 2. 能能(100%)(100%)被除去的最小颗粒直径被除去的最小颗粒直径- -临界粒径临界粒径 100%100%去除去除室顶到室底室顶到室底所需沉降时间所需沉降时间= =H/u0在室内停留时间在室内停留时间= =L

10、/u分离满足的条件：分离满足的条件：uLuHt分离所需最低沉降速度分离所需最低沉降速度0sAVLBHBuLHuut最低沉降速度最低沉降速度能被分离的最小粒径能被分离的最小粒径0p2s18AqgduVpct0vsp18Aqgdpc说明说明dpc与与颗粒、气体性质，气体处理量，底面积有关颗粒、气体性质，气体处理量，底面积有关考虑是考虑是dpc ，一般认为处在层流区，一般认为处在层流区 3. 最大处理量（生产能力）最大处理量（生产能力） tuAq0vs说明说明Qvs为为某一粒径能某一粒径能100%100%被去除的最大处理量被去除的最大处理量Vmax与与 (100%(100%去除的去除的) ) d,

11、, A0有关有关，而与，而与H无关无关 4. 补充说明补充说明 气体均布重要性气体均布重要性入口锥形入口锥形 横截面大横截面大操作气速低操作气速低不被卷起不被卷起 底面积大底面积大分离效率高分离效率高例题例题3-1 3-1 采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为粒。降尘室底面积为1010，高，高1.6m1.6m。操作条件下气体。操作条件下气体密度为密度为0.5kg/m0.5kg/m3 3，黏度为，黏度为2 2 1010-5-5PaPa s s，颗粒密度为，颗粒密度为3000 3000 kg/mkg/m3 3。气体体积流量为。气体体积流量为

12、5m5m3 3/s/s。试求：。试求：（1 1）可完全回收的最小颗粒直径；）可完全回收的最小颗粒直径；（2 2）如将降尘室改为多层以完全回收）如将降尘室改为多层以完全回收2020 m m的颗粒，求的颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。多层降尘室的层数及板间距。 3.1.3 离心沉降设备离心沉降设备重力沉降的不足与离心沉降的优势重力沉降的不足与离心沉降的优势 设备体积小而分离效率高设备体积小而分离效率高一、一、 旋风分离器旋风分离器 1. 构造与工作原理构造与工作原理 圆筒、圆锥、矩形切线入口圆筒、圆锥、矩形切线入口气流获得旋转气流获得旋转向下向下锥口锥口 向上向上，气芯，气芯顶部中央排气口顶部中

13、央排气口颗粒颗粒器壁器壁滑落滑落各部分尺寸各部分尺寸按比例按比例 ( (见教材见教材) ) 2. 分离性能估计分离性能估计 （1 1）能被分离出的最小颗粒直径）能被分离出的最小颗粒直径 临界直径临界直径dc假定假定 ut保持不变，且等于进气速度保持不变，且等于进气速度ui 穿越最大气层厚穿越最大气层厚= =B 相对运动为层流相对运动为层流StokesStokes公式可用公式可用 将将g换为换为m2i/rurm- -平均旋转半径平均旋转半径m2is2r18 rudu 颗粒沉降速度颗粒沉降速度假设假设沉降时间沉降时间2is2mr18udBruB 气芯前圈数气芯前圈数= =N运行距离运行距离Nrm2 有效停留时间有效停留时间im2uNr 某一粒径能某一粒径能(100%)(100%)被分离出的条件被分离出的条件:其穿越其穿越B所需所需时间时间 dc的颗粒的颗粒 =1如颗粒入器时均布，与器壁距离如颗粒入器时均布，与器壁距离 B的所有颗粒所的所有颗粒所占分率占分率BB / ddc入器时如其入器时如其BB，也可以被也可以被(100%)分离分离由前式，能被由前式，能被(100%)(100%)分离颗粒的分离颗粒的d B1/2BBddc 入器时距离入器时距