第五章沉降

第六章沉降

第一節(jié)

沉降分離的基本概念第二節(jié)

重力沉降第三節(jié)

離心沉降第四節(jié)

其他沉降本章主要內(nèi)容第一節(jié)沉降分離的基本概念

一、沉降分離的一般原理和類型二、流體阻力與阻力系數(shù)本節(jié)的主要內(nèi)容一、沉降分離的一般原理和類型

相對運(yùn)動流體：液體氣體固體顆粒物液珠重力場離心力場電場慣性力場沉降表面：器底、器壁或其他表面重力沉降離心沉降電沉降慣性沉降擴(kuò)散沉降第一節(jié)沉降分離的基本概念

沉降過程作用力特征重力沉降離心沉降電沉降慣性沉降擴(kuò)散沉降重力離心力電場力慣性力熱運(yùn)動沉降速率小，適用于較大顆粒分離適用于不同大小顆粒的分離帶電微細(xì)顆粒（<0.1m）的分離適用于10～20m以上粉塵的分離微細(xì)粒子（<0.01m）的分離沉降過程類型與作用力

第一節(jié)沉降分離的基本概念

在環(huán)境領(lǐng)域沉降原理如何利用？水與廢水處理：各種顆粒物（無機(jī)砂粒、有機(jī)絮體……）的沉降密度較小絮體的上浮油珠的上浮氣體凈化：粉塵、液珠……第一節(jié)沉降分離的基本概念

二、流體阻力與阻力系數(shù)

當(dāng)某一顆粒在不可壓縮的連續(xù)流體中做穩(wěn)定運(yùn)行時，顆粒會受到來自流體的阻力。該阻力由兩部分組成：形狀阻力和摩擦阻力。流體阻力的方向與顆粒物在流體中運(yùn)動的方向相反，其大小與流體和顆粒物之間的相對運(yùn)動速度u、流體的密度、黏度以及顆粒物的大小、形狀有關(guān)。對于非球形顆粒物，這種關(guān)系非常復(fù)雜。

第一節(jié)沉降分離的基本概念

對于球形顆粒，流體阻力的計算方程：顆粒的雷諾數(shù)

CD:阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)的函數(shù)。AP：顆粒的投影面積第一節(jié)沉降分離的基本概念

層流區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)第一節(jié)沉降分離的基本概念

一、重力場中顆粒的沉降過程二、沉降速度的計算三、沉降分離設(shè)備本節(jié)的主要內(nèi)容第二節(jié)重力沉降一、重力場中顆粒的沉降過程

浮力Fb重力Fg假設(shè)球形顆粒粒徑為dP、質(zhì)量為m。沉速如何計算？阻力（曳力）FD第二節(jié)重力沉降根據(jù)牛頓第二定律，顆粒將產(chǎn)生向下運(yùn)行的加速度達(dá)到平衡時：ut——顆粒終端沉降速度（terminalvelocity）

（1）層流區(qū)：ReP2

CD=24/ReP

第二節(jié)重力沉降斯托克斯（Stokes）公式

（2）過渡區(qū)：2<ReP<103

艾侖(Allen)公式

（3）湍流區(qū)：103<ReP<2105

CD=0.44牛頓（Newton）公式

第二節(jié)重力沉降了解影響顆粒沉速的因素（顆粒粒徑……）在已知的顆粒粒徑條件下求沉降速度由顆粒沉降速度求顆粒粒徑……水處理中的沉降實驗由顆粒沉降速度求液體黏度

……落球法測定黏度上述式子有何意義？第二節(jié)重力沉降1.試差法假設(shè)沉降屬于某一區(qū)域—計算顆粒沉速—按求出的顆粒沉降速度ut計算ReP，驗證ReP是否在所屬的假設(shè)區(qū)域。如果在，假設(shè)正確；否則，需要重新假設(shè)和試算。2.摩擦數(shù)群法

CD與ReP的關(guān)系曲線中，由于兩坐標(biāo)都含有未知數(shù)ut，進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換，使其兩坐標(biāo)之一變成不包含ut的已知數(shù)群，則可以直接求解ut。二、沉降速度的計算第二節(jié)重力沉降將顆粒沉速計算式（5.2.5)進(jìn)行變換得到CD計算式：ReP2

ReP2不包含沉降速度ut的摩擦數(shù)群。無因次，也是ReP的函數(shù)。

CD與ReP的關(guān)系曲線轉(zhuǎn)換成

與ReP的關(guān)系曲線。

第二節(jié)重力沉降CDRe2PCDReP－1（不包含顆粒直徑的摩擦數(shù)群）由顆粒直徑和其他參數(shù)，計算摩擦數(shù)群。由左圖-ReP的關(guān)系曲線，查出相應(yīng)的ReP值。如何由沉降速度計算顆粒直徑？

由顆粒直徑計算沉降速度

第二節(jié)重力沉降根據(jù)ReP的定義反算出ut

3.無因次判據(jù)K用K判別沉降屬于什么區(qū)域？層流區(qū)：上限是ReP＝2

湍流區(qū)：下限是ReP為1000第二節(jié)重力沉降水處理：平流沉淀池氣凈化：降塵室三、沉降分離設(shè)備第二節(jié)重力沉降凈化氣體凈化液體含塵氣體含懸浮物液體uilbh沉淀池或降塵室工作過程示意圖dc位于沉淀池（降塵室）最高點的顆粒沉降至池底需要的時間為

：

流體通過沉淀池（降塵室）的時間為:

為滿足除塵或懸浮物要求，

t停t沉即：流體中直徑為dc的顆粒完全去除的條件。

第二節(jié)重力沉降第三節(jié)離心沉降

一、離心力場中顆粒的沉降分析二、旋流器工作原理三、離心沉降機(jī)工作原理本節(jié)的主要內(nèi)容一、離心力場中顆粒的沉降分析

r顆粒與流體之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，顆粒還會受到來自流體的阻力（曳力）FD的作用。CD與Re有關(guān)

第三節(jié)離心沉降

浮力(向心力)Fb慣性離心力Fc如果這三項力能達(dá)到平衡du/dt=0重力沉降沉降方向不是向下，而是向外，即背離旋轉(zhuǎn)中心。由于離心力隨旋轉(zhuǎn)半徑而變化，致使離心沉降速度也隨粒徑所處的位置而變。離心沉降速率在數(shù)值上遠(yuǎn)大于重力沉降速率。顆粒在此位置上的離心沉降速度：第三節(jié)離心沉降

離心加速度與重力加速度的比值（離心分離因素）Kc

大小可以人為調(diào)節(jié)離心沉降分離設(shè)備有兩種型式：旋流器和離心沉降機(jī)旋流器的特點：設(shè)備靜止，流體在設(shè)備中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)行而產(chǎn)生離心作用。Kc

一般在幾十到數(shù)百之間。離心沉降機(jī)的特點：裝有液體混合物的設(shè)備本身高速旋轉(zhuǎn)并帶動液體一起旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生離心作用。Kc可以高達(dá)數(shù)十萬。

第三節(jié)離心沉降

旋風(fēng)分離器：用于氣體非均相混合物分離旋流分離器：用于液體非均相混合物分離（一）旋風(fēng)分離器

旋風(fēng)分離器在工業(yè)上的應(yīng)用已有近百年的歷史。旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，在環(huán)境工程領(lǐng)域也應(yīng)用廣泛。在大氣污染控制工程中，作為一種常用的除塵裝置，主要用于去除大氣中的粉塵，常稱為旋風(fēng)除塵器。二、旋流器工作原理第三節(jié)離心沉降

第三節(jié)離心沉降

1.基本操作原理

ui旋風(fēng)分離器中的慣性離心力是由氣體進(jìn)入口的切向速度ui產(chǎn)生的。

離心加速度為rm2＝ui2/rm，其中rm為平均旋轉(zhuǎn)半徑。分離因數(shù)為：其大小為5～2500，一般可分離氣體中直徑為5～75m的粉塵。2.主要分離性能指標(biāo)表示旋風(fēng)分離器的分離性能的主要指標(biāo)有臨界直徑和分離效率。(1)臨界直徑臨界直徑是指在旋風(fēng)分離器中能夠從氣體中全部分離出來的最小顆粒的直徑，用dc表示。

為分析簡單，對氣體和顆粒在筒內(nèi)的運(yùn)動作如下假設(shè)：氣體進(jìn)入旋風(fēng)分離器后，規(guī)則地在筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)N圈后進(jìn)入排氣筒，旋轉(zhuǎn)的平均切線速度等于入口氣體速度ui。顆粒在筒內(nèi)與氣體之間的相對運(yùn)動為層流。顆粒在沉降過程中所穿過的氣流最大厚度等于進(jìn)氣口寬度B。

第三節(jié)離心沉降

根據(jù)顆粒離心沉降速度方程式，假設(shè)氣體密度<<顆粒密度P，相應(yīng)于臨界直徑dc的顆粒沉降速度為：

根據(jù)假設(shè)③，顆粒最大沉降時間為：

第三節(jié)離心沉降

若氣體進(jìn)入排氣管之前在筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為N，則運(yùn)行的距離為2rmN，故氣體在筒內(nèi)的停留時間為一般旋風(fēng)分離器以圓筒直徑D為參數(shù)，其他參數(shù)與D成比例，B=D/4。D增加，dc增大，分離效率減少。第三節(jié)離心沉降

令t沉=t停，得：

總效率與粒級效率之間的關(guān)系：xi為粒徑di的顆粒占總顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2)分離效率總效率：指進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部粉塵中被分離下來的粉塵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。1，2分別為旋風(fēng)分離器入口和出口氣體中的總含塵量

粒級效率：表示進(jìn)入旋風(fēng)分離器的粒徑為di的顆粒被分離下來的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第三節(jié)離心沉降

總效率表示旋風(fēng)分離器的分離效果，總的除塵效果。但并不能準(zhǔn)確地代表旋風(fēng)分離器的分離效率?？傂氏嗤膬膳_旋風(fēng)分離器，其分離性能卻可能相差很大。粒級效率更能準(zhǔn)確地表示旋風(fēng)分離器的分離效率。粒級效率曲線：粒級效率與顆粒粒徑的關(guān)系第三節(jié)離心沉降

旋流分離器用于分離懸浮液，在結(jié)構(gòu)和操作原理上與旋風(fēng)分離器類似。旋流分離器的特點：①形狀細(xì)長，直徑小，圓錐部分長，有利于顆粒分離。②中心經(jīng)常有一個處于負(fù)壓的氣柱，有利于提高分離效果。在水處理中，旋流分離器又稱為水力旋流器，可用于高濁水泥沙的分離、暴雨徑流泥沙分離、礦廠廢水礦渣的分離等。

（二）旋流分離器第三節(jié)離心沉降

三、離心沉降機(jī)工作原理

根據(jù)離心沉降機(jī)的分離因素Kc的大小，離心機(jī)可分為：常速離心機(jī)：Kc<3000

高速離心機(jī)：3000<Kc<50000

超高速離心機(jī)：Kc>50000第三節(jié)離心沉降

r2rr1h離心機(jī)工作原理示意圖

ui懸浮液第三節(jié)離心沉降

離心沉降機(jī)主要用于懸浮液的固液分離。在離心沉降機(jī)中離心力是靠設(shè)備本身的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。假設(shè)層流，在距離中心為r處的顆粒的沉降速度為：ui假設(shè)某一粒徑為dc的顆粒的臨界沉降軌跡如圖所示。dc

為可以完全分離的最小顆粒粒徑。第三節(jié)離心沉降

又，流體在筒內(nèi)的停留時間t停為式中qV為懸浮液的體積流量，單位為m3/s。令t沉＝t停

顆粒在筒內(nèi)的沉降時間為從r1到r2所需的時間，對上式進(jìn)行積分。第三節(jié)離心沉降

一、電沉降二、慣性沉降本節(jié)的主要內(nèi)容第四節(jié)其他沉降如果電場強(qiáng)度很強(qiáng)，重力或慣性力可以忽略不計，荷電顆粒所受的作用力主要是靜電力和流體阻力。當(dāng)在層流條件下，平衡時，終端電沉降速度ute一、電沉降

第四節(jié)其他沉降在電場中，荷電顆粒將會受到靜電力Fe的作用：

q——顆粒的荷電量；E——顆粒所處位置的電場強(qiáng)度

電除塵器的基本原理

放電電極（電暈極）集塵極不均勻電場未荷電塵粒荷電塵粒氣體電離—粒子荷電—荷電粒子遷移—顆粒沉積與清除去除0.1m以下的顆粒第四節(jié)其他沉降顆粒與流體一起運(yùn)動時，如在流體中存在障礙物，流體沿障礙物產(chǎn)生繞流，而顆粒物由于慣性力的作用，將會偏離流線。慣性沉降即是利用這種由慣性力引