沉降过程3

化工原理第三章
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二 、降尘室 1．降尘室原理
2．降尘室的计算
颗粒能够作重力沉降进行分离的条件 : 停留时间L/u≥ 沉降时间H/u t
若 L/u ＝H/u t 则有临界粒径dpc
∵ u=Vs / HW 则ut≥Vs / WL 或Vs≤utWL ∴临界降尘速度utc =Vs / WL
当尘粒沉降速度小，处于斯托克斯区时 ， d pc ?
B 已知ut,计算d:
由?
Ret?1
?
4u(? s ? ? )g 3? 2ut2
算出?
Ret?1
?
查? Ret?1? Ret 曲线 ? Ret ? 计算d
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4、影响沉降速度的因素
① 颗粒形状: Re一定时,球形系数愈小(偏离球形愈大),阻力系数越大 ② 壁效应: D>>d 时,可忽略壁效应 ③ 颗粒的体积浓度(V%): V%<0.2%时，则颗粒间无影响 ④ 干扰沉降: 不能忽略壁效应及其它颗粒干扰时的沉降
uT:切向速度
?
6
ds3? s
uT 2 R
?
?
6
ds3?
uT 2 R
?
?
4
d
2 s
??
??ur
2
2
?
0
ur ?
4ds (?s ? ? ) ?r? 2 3??
uT ?
4ds (? s ? ? ) ?g 3??
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二者相似： g ?
uT 2 R
二者区别：① ur为径向分速度，方向随半径向外
18? Vs (? p ? ? ) WL
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结论：
1、生产能力只于其沉降面积WL及颗粒沉降速度ut有关，而与降尘室高度 H无关（Vs≤utWL）
若降尘室为n层水平隔板，则降 尘室生产能力为：
Vs ≤ (n+1)utWL
2、Vs一定时， utc与dpc与降尘室面积WL成反比，与降尘室高度H无关 utc与dpc 一定时， Vs与降尘室面积WL成正比，与降尘室高度H无关
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2、阻力系数 ζ
阻力系数 ζ由实验研究确定。 阻力系数是 Re的函数： ζ =f（Ret)，此函数关系需由实验测定。
球形颗粒ζ与Re关系曲线可分为三个区：
① 滞流区（斯托克斯区stokes ） ζ=24/Re
② 过渡区（艾仑区Allen） ? ? 10 / Re ③ 湍流区（牛顿区Newton ） ζ=0.44
d>200 μm, 重力沉降法 d< 5μm，离心沉降
离心沉降不适合： １）粘性粉尘； ２）含湿量高粉尘 ３）腐蚀性粉尘
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② ur不是恒定值，R改变，ur改变，ut是恒定值同重力沉降
类似，当颗粒与流体相对运动属于滞流时，则：
?
?
24 Ret
?
ur ?
d 2 (? s ? ? ) ?uT2 18? R
?
d 2(? s ? ? ) ?r? 2 18?
?
ut
?r? g
2
? ut
?kc
ur ut
?
uT 2 gR
? kc
Kc：离心分离因数，即粒子所在位置上惯性离心力强度
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降尘室的计算问题：
1、已知气体处理量Vs、物性参数(ρs、ρL、μ)及要 除去的最小颗粒直径dpc，则可计算降尘室的底面 积WL
2、已知降尘室底面积WL、物性参数(ρs、ρL、μ)及 临界粒径dpc，则可计算气体处理量Vs
3、已知降尘室底面积WL、物性参数(ρs、ρL、μ)及 临界粒径Vs ，则可计算气体处理量dpc
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第三节 离心沉降
离心沉降：当颗粒处于旋转的气（液）体中，颗粒在惯性
离心力作用下而产生的沉降过程称为“离心沉
降”。 在离心场中，质量为m的颗粒所受离心力Fc为：
Fc＝mar＝m
ur 2 r
?
mr?
2
ar：离心加速度，m/s2 Ur：径向速度，m/s r：颗粒到旋转轴中心的距离，m；
ω：角速度
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1、离心沉降速度
uT为切向速 度
F离
?
? sVaT
?
?
6
d
3 s
??
s
?uT 2 R
?
?
6
d s3 ? s ?r ?
2
F向 ?
?VaT
?
?
6
ds3
??
?uT 2 R
?
?
6
ds3?
?r?
2
aT=rω2=uT2/R Ω: 角速度
F阻
?
?
?A??ur 2
2
?
?
4
ds2
??
??ur 2
2
?t
?
B ur
?
18?Rm B d 2 ? s ui2
停留时间 ? ? 2? Rm N e
ui
当θ＝ θt时
dc ?
9?B ?Ne? sui
气流有效旋 转圈数
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例：温度为20℃、压力为0.101 MPa、流量为 2.5 m3/s的含 尘空气用图3-9(a)所示的旋风分离器除尘。尘粒的密度为 2500 kg/m3。最大充许压力损失为2.0 kPa时，试求（１） 分离器尺寸；（２）临界粒径。
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3、沉降速度的计算
(1) 试差法： 步骤：
Ⅰ 假设流体在某一流型区沉降 →选择该流型区计算公式； Ⅱ 计算出ut; Ⅲ 由ut计算出Ret，看是否与假设的流型区吻合，若吻合， 假设正确；若不吻合，重新假设。
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(2) 摩擦数群法 A 计算ut: 做 Ret ? Ret2 ?图 ? 查 Ret ? 计算出ut
第二节 重力沉降
一 沉降速度
1、球形颗粒的自由沉降
受力分析：
重 力 浮 力
Fg
?
? s gV ?
? 6
d
3 s
?
s
g
Fb
?
?流 gV
?
?
6
d
3 s
?
流
g
阻 力
Fd
?
?u2
2
A?
?
6
d
3 s
(?
s
?
? 流 )g
?
?
4
d
s2?
?u 2
2
?
?
6
d s3
?
s
a
ut ?
4d (? s ? ? 流 )g 3? ? 化工原理流第三章
与重力场强度之比（离心沉降速度与重力沉降速度之比）
Kc为离心分离设备的重要指标。
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２、旋风分离器的性能
（１）临界直径 简化：１）进入旋风分离器的切向速度等于进口气速 ui
２）气体穿过厚度为进气宽度Ｂ的气流层才能到达壁面被分离 ３）颗粒作自由沉降
ur
?
d
2
?
s
u
2 i
18? Rm
沉降时间
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斯托克斯区
：? ? 24 ?
Ret
ut
?
d2(?s ? ?)g
18u
? 斯托克斯公式
过渡区
：? ? 18.5 ?
Ret0.6
ut ? 0.27
d(?s ? ?
?)g
Re0t .6
?
艾仑公式
湍流区：? ? 0.44 ?
ut ? 1.74
d(?s ? ?)g ? ?
牛顿公式
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