第03章重力沉降详解
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工程地质与地基基础_03土中应力和沉降详解
第三章 地基应力和沉降
主要内容
§3.1 §3.2 §3.3 §3.4 §3.5 土中自重应力 基底压力 地基附加应力 土的压缩性 地基最终沉降量
1/32
§3.1
土中自重应力
自重应力：由于土体本身自重引起的应力
确定土体初始 应力状态
土体在自重作用下，在漫长的地质历史时期，已经压 缩稳定，因此，土的自重应力不再引起土的变形。但对 于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力引起的 变形。
二、偏心荷载作用下的基底压力
F+G
e e b l pmax pmin
作用于基础底面 形心上的力矩 M=(F+G)∙e
pmax pmin
F G M A W
基础底面的抵 抗矩；矩形截 面W=bl2/6
pmax pmin
F G 6e 1 bl l
9/32
讨论：
pmax pmin
x
附加应力系数
P K 2 z
z
z
1885年法国学者布 辛涅斯克解
3Pz3 3P 3 z cos q 5 2 2R 2R
15/32
附加应力分布规律 距离地面越深，附加应力的分布范围越广 在集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减 小 同一竖向线上的附加应力随深度而变化 在集中力作用线上，当z＝0时，σz→∞，随着深 度增加，σz逐渐减小 竖向集中力作用引起的附加应力向深部向四周无限 传播，在传播过程中，应力强度不断降低（应力扩 散）
n z /b m l /b
矩形基础角点 下的竖向附加 应力系数
b为基础短边
19/32
角点法计算地基附加应力Ⅰ
p III II
o
III
主要内容
§3.1 §3.2 §3.3 §3.4 §3.5 土中自重应力 基底压力 地基附加应力 土的压缩性 地基最终沉降量
1/32
§3.1
土中自重应力
自重应力：由于土体本身自重引起的应力
确定土体初始 应力状态
土体在自重作用下，在漫长的地质历史时期，已经压 缩稳定，因此，土的自重应力不再引起土的变形。但对 于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力引起的 变形。
二、偏心荷载作用下的基底压力
F+G
e e b l pmax pmin
作用于基础底面 形心上的力矩 M=(F+G)∙e
pmax pmin
F G M A W
基础底面的抵 抗矩；矩形截 面W=bl2/6
pmax pmin
F G 6e 1 bl l
9/32
讨论：
pmax pmin
x
附加应力系数
P K 2 z
z
z
1885年法国学者布 辛涅斯克解
3Pz3 3P 3 z cos q 5 2 2R 2R
15/32
附加应力分布规律 距离地面越深，附加应力的分布范围越广 在集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减 小 同一竖向线上的附加应力随深度而变化 在集中力作用线上，当z＝0时，σz→∞，随着深 度增加，σz逐渐减小 竖向集中力作用引起的附加应力向深部向四周无限 传播，在传播过程中，应力强度不断降低（应力扩 散）
n z /b m l /b
矩形基础角点 下的竖向附加 应力系数
b为基础短边
19/32
角点法计算地基附加应力Ⅰ
p III II
o
III
3第三章-重力沉降法解析
流速度 • 沉淀时间1.5~2.0小时 • 适用：小水量。
其他辐流式沉淀池
辐流式沉淀池设计要点
• 沉淀池面积按过流率计算 A=Q/u • 池深按停留时间计算 H=ut • 污泥斗坡度0.05~0.10
旋流沉砂池 利用机械力掌握水流流态与流速、加速砂粒沉淀并
使有机物随水流走
1.電機 2.主軸 3.車葉 4.固定支架 5.排水孔 6.注氣管 7.注水管
高斯美 DP系列旋流沉砂池
沉淀池
• 沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式。 • 依据运行方式：分为间歇式、连续式 • 间歇式：进水、静置、排水 • 连续式：连续不断流入和排出 • 通常通常辐流式适合于大规模，竖流式适合于小规模，
取最大流量时水在池内的水平流速为0.1m/s， 则水流断面积A= Q/u＝1/ 0.1＝10〔m2〕
设计有效水深取2.5m，则池宽B＝10/2.5＝4〔m) 池长L ＝V/A＝180/10＝18〔m〕 取每立方污水所需曝气量为0.1m3空气，所需每小时总曝气量： q＝0.1(m3 air/m3 ww) × 1(m3 ww/s)× 3600 (s/hr)＝360m3
u0
Q A
q
q: 沉淀池的外表负荷或过 流率—单位时间内通过沉 淀池单位外表积的流量。
对于絮凝沉降: 颗粒间并聚变大或 ρ s增大, u也随之增大。其运动轨迹发生变化：
us L gd2 18
进
出
口
流
区
区
絮凝沉降颗粒运动轨迹
污泥区
但是，为保守起见，沉降效率依然按照：
(1x0)
x0 0
u u0
dx
沉砂池
• 去除污水中泥沙、煤渣等相对密度较大的无机颗粒 • 一般位于泵站之前或初沉池之前 • 使水泵、管道免受磨损和堵塞 • 减轻沉淀池的无机负荷 • 改善污泥的流淌性，以便于排放、输运。 • 工作原理：重力分别/离心力分别 • 设计原则与主要参数：传统设计针比照重为2.65、粒径为
其他辐流式沉淀池
辐流式沉淀池设计要点
• 沉淀池面积按过流率计算 A=Q/u • 池深按停留时间计算 H=ut • 污泥斗坡度0.05~0.10
旋流沉砂池 利用机械力掌握水流流态与流速、加速砂粒沉淀并
使有机物随水流走
1.電機 2.主軸 3.車葉 4.固定支架 5.排水孔 6.注氣管 7.注水管
高斯美 DP系列旋流沉砂池
沉淀池
• 沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式。 • 依据运行方式：分为间歇式、连续式 • 间歇式：进水、静置、排水 • 连续式：连续不断流入和排出 • 通常通常辐流式适合于大规模，竖流式适合于小规模，
取最大流量时水在池内的水平流速为0.1m/s， 则水流断面积A= Q/u＝1/ 0.1＝10〔m2〕
设计有效水深取2.5m，则池宽B＝10/2.5＝4〔m) 池长L ＝V/A＝180/10＝18〔m〕 取每立方污水所需曝气量为0.1m3空气，所需每小时总曝气量： q＝0.1(m3 air/m3 ww) × 1(m3 ww/s)× 3600 (s/hr)＝360m3
u0
Q A
q
q: 沉淀池的外表负荷或过 流率—单位时间内通过沉 淀池单位外表积的流量。
对于絮凝沉降: 颗粒间并聚变大或 ρ s增大, u也随之增大。其运动轨迹发生变化：
us L gd2 18
进
出
口
流
区
区
絮凝沉降颗粒运动轨迹
污泥区
但是，为保守起见，沉降效率依然按照：
(1x0)
x0 0
u u0
dx
沉砂池
• 去除污水中泥沙、煤渣等相对密度较大的无机颗粒 • 一般位于泵站之前或初沉池之前 • 使水泵、管道免受磨损和堵塞 • 减轻沉淀池的无机负荷 • 改善污泥的流淌性，以便于排放、输运。 • 工作原理：重力分别/离心力分别 • 设计原则与主要参数：传统设计针比照重为2.65、粒径为
《重力沉降》课件
重力沉降与生物技术结合
利用生物技术提高重力沉降的分离效果和环保性能。
感谢您的观看
THANKS
提高沉降效率的方法
增加沉降面积
通过增加沉降设备的沉降 面积，提高单位时间内处 理的物料量，从而提高沉 降效率。
优化进料方式
通过改进进料方式，减少 物料的流动阻力，降低颗 粒间的摩擦和碰撞，提高 沉降效果。
强化搅拌效果
通过加强搅拌，增加颗粒 间的碰撞和摩擦，促进颗 粒的凝聚和沉降。
新型沉降技术的研发
在土壤修复与改良中，重力沉降技术常与其他技术结合使用，如化学淋洗、植物修 复等。
04
重力沉降的影响因素
颗粒大小与密度
总结词
颗粒大小和密度是影响重力沉降的重要因素。
详细描述
颗粒的大小和密度决定了颗粒在流体中的沉降速度。一般来说，颗粒越大、密度越高，沉降速度越快 。颗粒间的相互作用也会影响沉降行为，例如颗粒间的碰撞和粘附作用。
02
重力沉降的物理模型
理想状态下的重力沉降模型
理想状态假设
假设颗粒在沉降过程中不受其他外力（如阻 力、浮力等）影响，只受重力作用。
自由沉降
颗粒在理想状态下仅受重力作用，不受其他 外力影响的沉降过程。
斯托克斯定律
在理想状态下，颗粒沉降速度与颗粒直径、 密度以及流体粘度有关，遵循斯托克斯定律 。
实际状态下的重力沉降模型
03
重力沉降的实际应用
工业废水处理
工业废水处理中的重力沉降技术主要用于去 除废水中的悬浮固体颗粒物，如颗粒物、纤 维、胶体等。
通过重力作用，这些颗粒物在废水中逐渐沉 降，与水分离，从而达到净化的目的。
工业废水处理中常用的重力沉降设备有沉淀 池、斜板沉淀池、悬浮澄清器等。
利用生物技术提高重力沉降的分离效果和环保性能。
感谢您的观看
THANKS
提高沉降效率的方法
增加沉降面积
通过增加沉降设备的沉降 面积，提高单位时间内处 理的物料量，从而提高沉 降效率。
优化进料方式
通过改进进料方式，减少 物料的流动阻力，降低颗 粒间的摩擦和碰撞，提高 沉降效果。
强化搅拌效果
通过加强搅拌，增加颗粒 间的碰撞和摩擦，促进颗 粒的凝聚和沉降。
新型沉降技术的研发
在土壤修复与改良中，重力沉降技术常与其他技术结合使用，如化学淋洗、植物修 复等。
04
重力沉降的影响因素
颗粒大小与密度
总结词
颗粒大小和密度是影响重力沉降的重要因素。
详细描述
颗粒的大小和密度决定了颗粒在流体中的沉降速度。一般来说，颗粒越大、密度越高，沉降速度越快 。颗粒间的相互作用也会影响沉降行为，例如颗粒间的碰撞和粘附作用。
02
重力沉降的物理模型
理想状态下的重力沉降模型
理想状态假设
假设颗粒在沉降过程中不受其他外力（如阻 力、浮力等）影响，只受重力作用。
自由沉降
颗粒在理想状态下仅受重力作用，不受其他 外力影响的沉降过程。
斯托克斯定律
在理想状态下，颗粒沉降速度与颗粒直径、 密度以及流体粘度有关，遵循斯托克斯定律 。
实际状态下的重力沉降模型
03
重力沉降的实际应用
工业废水处理
工业废水处理中的重力沉降技术主要用于去 除废水中的悬浮固体颗粒物，如颗粒物、纤 维、胶体等。
通过重力作用，这些颗粒物在废水中逐渐沉 降，与水分离，从而达到净化的目的。
工业废水处理中常用的重力沉降设备有沉淀 池、斜板沉淀池、悬浮澄清器等。
第三章 沉降
ut
gd p 2 ( p ) 18
2 2 1 3
过渡区（1<Re<500）
4g ( p ) ut dp 225
湍流区（500<Re<105）
ut
3g ( p )d p
ut与dp有关。dp愈大，ut则愈大。 层流区与过渡区中，ut还与流体粘度有关。 液体粘度约为气体粘度的50倍，故颗粒在液体中的沉降速
2)絮凝剂
溶胶：含有颗粒大小会直径小于1μ m的液体。
为了促进细小颗粒絮凝成较大颗粒以增大沉降速度，可往
溶胶中加入少量电解质。
絮凝剂（coagulant）：凡能促进溶胶中微粒絮凝的物质。
常用絮凝剂
明矾、三氧化铝、绿矾（硫酸亚铁）、三氯化铁等。
一般用量为40～200ppm（质量）。
离心沉降（centrifugal settling）
临界粒径dpc（critical particle diameter）：能100％除 去的最小粒径。
即：满足L/u＝H/ut 条件的粒径
当含尘气体的体积流量为Vs时， 则有
u= Vs / Hb
ut≥Vs / lb
或
Vs≤ blut
故与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度为
utc=Vs / bl
临界沉降速度utc是流量和面积的函数。
2) 连续相的粘度： 应用：
加酶：清饮料中添加果胶酶，使 ↓→ut↑，易于分离。 增稠：浓饮料中添加增稠剂，使 ↑→ut↓，不易分层。 加热：
3) 两相密度差( p-)：
在实际沉降中： 4) 颗粒形状
非球形颗粒的形状可用球形度s 来描述。
s
S Sp
重力沉降介绍课件
重力沉降介绍课件
演讲人
目录
01. 重力沉降原理 02. 重力沉降设备 03. 重力沉降实验 04. 重力沉降应用案例
重力沉降原理
沉降过程
颗粒物在重力 作用下，向下
沉降
颗粒物与周围 流体发生摩擦，
产生阻力
颗粒物在流体 中运动，受到 流体的浮力和
阻力作用
颗粒物最终沉 降到底部，形
成沉淀
影响因素
01
矿石提纯：通过重力沉 降法去除矿石中的杂质， 提高矿石纯度
尾矿处理：利用重力沉 降法处理尾矿，减少环 境污染和资源浪费
食品加工
果汁澄清：利用重力沉降去除果
01
汁中的悬浮物和沉淀物 啤酒酿造：利用重力沉降去除啤
02
酒中的酵母和蛋白质 食用油加工：利用重力沉降去除
03
食用油中的杂质和沉淀物 乳制品加工：利用重力沉降去除
重力沉降应用案例
污水处理
2019
重力沉降法在 污泥脱水中的
应用
2021
重力沉降法在 工业废水处理
中的应用
01
02
03
04
重力沉降法在 污水处理中的
应用
2020
重力沉降法在 废水处理中的
作用
2022
矿物加工
矿物分离：利用重力沉 降法分离不同密度的矿 物颗粒
选矿工艺：重力沉降法 在选矿工艺中用于分离 有用矿物和废石
将待沉降的样品放入设备中 启动设备，开始沉降过程 观察设备运行情况，确保沉降过程正常 完成沉降后，关闭设备电源，取出样品进行分析
重力沉降实验
实验目的
验证重力沉 降原理
了解颗粒物在 重力作用下的
沉降规律
学习如何设计 重力沉降实验
演讲人
目录
01. 重力沉降原理 02. 重力沉降设备 03. 重力沉降实验 04. 重力沉降应用案例
重力沉降原理
沉降过程
颗粒物在重力 作用下，向下
沉降
颗粒物与周围 流体发生摩擦，
产生阻力
颗粒物在流体 中运动，受到 流体的浮力和
阻力作用
颗粒物最终沉 降到底部，形
成沉淀
影响因素
01
矿石提纯：通过重力沉 降法去除矿石中的杂质， 提高矿石纯度
尾矿处理：利用重力沉 降法处理尾矿，减少环 境污染和资源浪费
食品加工
果汁澄清：利用重力沉降去除果
01
汁中的悬浮物和沉淀物 啤酒酿造：利用重力沉降去除啤
02
酒中的酵母和蛋白质 食用油加工：利用重力沉降去除
03
食用油中的杂质和沉淀物 乳制品加工：利用重力沉降去除
重力沉降应用案例
污水处理
2019
重力沉降法在 污泥脱水中的
应用
2021
重力沉降法在 工业废水处理
中的应用
01
02
03
04
重力沉降法在 污水处理中的
应用
2020
重力沉降法在 废水处理中的
作用
2022
矿物加工
矿物分离：利用重力沉 降法分离不同密度的矿 物颗粒
选矿工艺：重力沉降法 在选矿工艺中用于分离 有用矿物和废石
将待沉降的样品放入设备中 启动设备，开始沉降过程 观察设备运行情况，确保沉降过程正常 完成沉降后，关闭设备电源，取出样品进行分析
重力沉降实验
实验目的
验证重力沉 降原理
了解颗粒物在 重力作用下的
沉降规律
学习如何设计 重力沉降实验
《重力沉降法》课件
重力的作用效果是 使物体向地心加速 下落
重力沉降法的定义
重力沉降法是一种 利用重力作用使悬 浮颗粒从流体中分 离出来的方法。
原理：悬浮颗粒在 重力作用下，会逐 渐下沉，而流体则 向上流动，从而实 现颗粒与流体的分 离。
应用：广泛应用于 污水处理、化工、 食品等行业。
优点：操作简单， 成本低，效率高。
过滤法：操作简单，成本低，但分离效率 低，适用于大颗粒物质
磁选法：操作简单，成本低，但分离效率 低，适用于磁性物质
05 重力沉降法的实验操作
实验前的准备
实验材料：离心管、离心机、 溶液、样品等
实验环境：无尘、无菌、温度 适宜
实验设备：离心机、天平、量 筒、滴定管等
实验步骤：样品处理、离心、 收集、分析等
重力沉降法的原理
原理：利用颗粒物在重力作用下的沉 降速度不同，实现颗粒物的分离和净 化
过程：将待处理液体与颗粒物混合， 然后让其自然沉降，颗粒物沉降速 度大于液体，从而实现分离
应用：广泛应用于污水处理、空气净 化等领域
优点：操作简单，成本低，适用于大 规模处理
重力沉降法的应用
空气污染控制： 去除空气中的颗 粒物和悬浮物
记录实验数据：包括时间、温度、 压力、浓度等
绘制图表：将实验数据绘制成图表， 如柱状图、折线图等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
数据处理：使用Excel或其他软件 进行数据处理和分析
分析结果：根据实验数据和图表， 分析实验结果，得出结论
实验结果分析
颗粒大小 对沉降速 度的影响
溶液浓度 对沉降速 度的影响
设备问题：重力沉降法需要大型设备，投资成本较高
环境问题：重力沉降法在处理过程中会产生噪音和粉尘，对环境造成影响
第03章重力沉降详解
旋风除尘器
旋风除尘器的压力损失
相对尺寸对压力损失影响较大，除尘器结构型式相同时， 几何相似放大或缩小，压力损失基本不变
含尘浓度增高，压力降明显下降 操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa
旋风除尘器
旋风除尘器的除尘效率
计算分割直径是确定除尘效率的基础 在交界面上，离心力FC，向心运动气流作用于尘粒上 的阻力FD
轴向速度
外涡旋的轴向速度向下 内涡旋的轴向速度向上 在内涡旋，轴向速度向上逐渐增大，在排出管底部达到 最大值
旋风除尘器
旋风除尘器的压力损失
P 1 V in 2 2
A d e2
：局部阻力系数
16
A：旋风除尘器进口面积 局部阻力系数
旋风除尘器型式 ξ XLT XLT⁄A XLP⁄A XLP⁄B 5.3 6.5 8.0 5.8
层流式和湍流式两种
层流式重力沉降室
假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中 忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用
纵剖面示意图
层流式重力沉降室
沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q 气流在沉降室内的停留时间
t L / v0 LWH Q
us
v0
在t时间内粒子的沉降距离
沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s
不同粉尘的最高允许气流速度
层流式重力沉降室
多层沉降室：使沉降高度 减少为原来的1/（n+1）， 其中n为水平隔板层数
i
us LW (n 1) Q
考虑清灰的问题，一般隔板数 在3以下
多层沉降室
化工原理第三章1沉降解析
18u0 s g
18 3.4 105 0.214
4000 0.5 9.807
5.78105 m
核算沉降流型
Re 0
du0
5.78105 0.214 0.5 3.14 105
0.182
1
∴原假设正确
3、粒径为40μm的颗粒的回收百分率
粒径为40μm的颗粒定在层流区 ，其沉降速度
u0
d 2 s g
18
40106 2 4000 0.5 9.807
18 3.4105
0.103m
/
s
气体通过降沉室的时间为：
l 12s
u
直径为40μm的颗粒在12s内的沉降高度为：
H ' ut 0.10312 1.234m
假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的，则颗
粒在降尘室内的沉降高度与降尘室高度之比约等于该尺寸颗
降尘室的生产能力降尘室的生产能力是指降尘室所处理的含尘气体的体积流降尘室内的颗粒运动以速度u随气体流动以速度u作沉降运动二重力沉降分离设备颗粒在降尘室的停留时间降尘室使颗粒沉降的条件hblhbhb说明含尘气体的最大处理量与某一粒径对应的是指这一粒径及大于该粒径的颗粒都能100被除去时的最大气体量
第三章 非均相物系分离
200C时CCl4的密10-3Pa·s，求此塑料珠的直径。
u0
d
2 s g
18
Re 0
du0
二、干扰沉降
颗粒之间距离很小的沉降称为干扰沉降。 • 干扰沉降的速度可用自由沉降速度的计算方法计
算，但要根据颗粒浓度对所用的流体密度及黏度 进行校正。 • 用上述方法计算干扰沉降的速度比自由沉降要小
等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度u0 称为沉降速度。
化工工艺重力沉降技术ppt课件
2.1 沉淀的四种类型
自在沉淀 絮凝沉淀
区域沉淀 (成层沉淀)
紧缩沉淀
2. 沉降的根本实际
2.1 沉淀的四种类型
自在沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀 (成层沉淀)
紧缩沉淀
SS(悬浮颗粒浓度)不高； 沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进 展沉淀，颗粒沉淀轨迹呈直线。 沉淀过程中，颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。
斯公式
单格宽度 b=B/n， 单格池宽>=0.6m
3.3 Camp图解积分 法
给定的沉降时间t内： 对于μ≥μ0的颗粒全部除去 1-p0
对于μ<μ0的颗粒可被部分去除。 p0
给定的沉降时间t内： 对于d≥d0的颗粒全部除去 1-p0
对于d<d0的颗粒可被部分去除。p0
？？：对于μ<μ0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？ 去除率是多少？
H h
3.3 Camp图解积分法〔续〕
(2)颗粒的运动
程度
程度方向:程度流速v等于水流速度;
垂直
垂直方向:沉速即颗粒的自在沉降速度u。
颗粒运动的轨迹为其程度分速v和沉速u的矢量和，是 一组倾斜的直线，其坡度为i=u/v。
设u0为某一指定颗粒d0的最小沉降速度
当颗粒沉速u≥u0时，无论这 种颗粒处于进口端的什么位置， 它都可以沉到池底被去除，即 图a中的迹线xy与x′y′。
uS与d2成正比，因此↑d, uS ↑,提高去除效果。
uS与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水 温影响，水温上升，沉速增大。
3 自在沉降实验和沉降曲线
3.1、实验安装 3.2、常规计算法及沉降曲线 3.3、Camp图解积分法及沉降曲线
φ100 mm
自在沉淀 絮凝沉淀
区域沉淀 (成层沉淀)
紧缩沉淀
2. 沉降的根本实际
2.1 沉淀的四种类型
自在沉淀
絮凝沉淀
区域沉淀 (成层沉淀)
紧缩沉淀
SS(悬浮颗粒浓度)不高； 沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进 展沉淀，颗粒沉淀轨迹呈直线。 沉淀过程中，颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。
斯公式
单格宽度 b=B/n， 单格池宽>=0.6m
3.3 Camp图解积分 法
给定的沉降时间t内： 对于μ≥μ0的颗粒全部除去 1-p0
对于μ<μ0的颗粒可被部分去除。 p0
给定的沉降时间t内： 对于d≥d0的颗粒全部除去 1-p0
对于d<d0的颗粒可被部分去除。p0
？？：对于μ<μ0的颗粒，可去除部分所占比例是多少？ 去除率是多少？
H h
3.3 Camp图解积分法〔续〕
(2)颗粒的运动
程度
程度方向:程度流速v等于水流速度;
垂直
垂直方向:沉速即颗粒的自在沉降速度u。
颗粒运动的轨迹为其程度分速v和沉速u的矢量和，是 一组倾斜的直线，其坡度为i=u/v。
设u0为某一指定颗粒d0的最小沉降速度
当颗粒沉速u≥u0时，无论这 种颗粒处于进口端的什么位置， 它都可以沉到池底被去除，即 图a中的迹线xy与x′y′。
uS与d2成正比，因此↑d, uS ↑,提高去除效果。
uS与μ成反比，μ随水温上升而下降；即沉速受水 温影响，水温上升，沉速增大。
3 自在沉降实验和沉降曲线
3.1、实验安装 3.2、常规计算法及沉降曲线 3.3、Camp图解积分法及沉降曲线
φ100 mm
化工原理第三章1沉降
实验装置与步骤
• 实验装置：沉降实验装置主要包括实验管、测量段、流量计、 压力计、搅拌器和数据采集系统等部分。实验管采用透明材料 制成，以便观察颗粒的沉降行为。测量段用于放置光学检测器 或摄像头，以便记录颗粒的沉降过程。流量计用于测量流体的 流量，压力计用于测量流体的压力，搅拌器用于保证流体的均 匀性。数据采集系统用于实时采集实验数据。
沉降的原理
由于颗粒或液滴受到重力 作用，它们会向气体的下 游方向移动，最终在某一 位置沉积下来。
沉降的分类
重力沉降、离心沉降和惯 性沉降。
重力沉降速度的计算
斯托克斯定律
颗粒在静止流体中的沉降速度与颗粒直径的平方成正 比，与流体粘度成反比。
修正的斯托克斯定律
考虑到颗粒形状、密度和流体粘度的影响，对斯托克 斯定律进行修正。
颗粒的密度
颗粒的密度是指颗粒的质量与其体积的比值。密度大的颗粒在流体中更容易下沉 ，而密度小的颗粒则更容易漂浮。
在化工生产中，密度差异是实现固液分离的重要依据之一。
颗粒的粒径和粒径分布
颗粒的粒径是指其直径或宽度，而粒 径分则是指颗粒群中不同粒径颗粒 的分布情况。
粒径和粒径分布对颗粒的沉降速度和 沉降效果有显著影响。在化工生产中， 控制颗粒的粒径和粒径分布对于提高 产品质量和生产效率具有重要意义。
数据分析
对处理后的数据进行统计分析，包括描述性统计、相 关性分析和回归分析等步骤。描述性统计主要是计算 平均值、中位数、标准差等统计量，相关性分析主要 是分析各因素之间的相关性，回归分析主要是建立数 学模型预测沉降速度。通过数据分析可以得出颗粒的 粒径、密度、流体粘度等因素对沉降速度的影响程度 和规律，为实际工业应用提供理论依据。
颗粒的流体阻力特性
化工原理第三章1沉降解析
200C时CCl4的密度 =1590kg/m3，黏度为 =1.03×10-3Pa·s，求此塑料珠的直径。
u0
d
2 s g
18
Re 0
du0
二、干扰沉降
颗粒之间距离很小的沉降称为干扰沉降。 • 干扰沉降的速度可用自由沉降速度的计算方法计
算，但要根据颗粒浓度对所用的流体密度及黏度 进行校正。 • 用上述方法计算干扰沉降的速度比自由沉降要小
二、重力沉降分离设备
一）降尘室 • 降尘室的生产能力
降尘室的生产能力是指降尘室所处理的含尘气体的体积流 量，用Vs表示，m3/s。 降尘室内的颗粒运动
以速度u
以速度u0
随气体流动 作沉降运动
颗粒在降尘室的停留时间 l u
颗粒沉降到室底所需的时间 0 H u0 为了满足除尘要求 0
l H ——降尘室使颗粒沉降的条件 u u0
0.44
u0 1.74
ds g
——牛顿公式
3)影响沉降速度的因素
①颗粒的体积浓度
在前面介绍的各种沉降速度关系式中，当颗粒的体积浓
度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内，但当颗粒浓
度较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降，
自由沉降的公式不再适用。
②器壁效应
当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，（例如在100倍以上）
18VS
gs A底
• 说明
②最大的气体处理量还与降尘室底面积和颗粒的沉降速度 有关，底面积越大处理量越大，但处理量与高度无关。
为此，降尘室都做成扁平形；为提高气体处理量，室内 以水平隔板将降尘室分割若干层，称为多层降尘室。隔 板的间距应考虑出灰的方便。
• 降尘室的计算
设计型 已知气体处理量和除尘要求，求
u0
d
2 s g
18
Re 0
du0
二、干扰沉降
颗粒之间距离很小的沉降称为干扰沉降。 • 干扰沉降的速度可用自由沉降速度的计算方法计
算，但要根据颗粒浓度对所用的流体密度及黏度 进行校正。 • 用上述方法计算干扰沉降的速度比自由沉降要小
二、重力沉降分离设备
一）降尘室 • 降尘室的生产能力
降尘室的生产能力是指降尘室所处理的含尘气体的体积流 量，用Vs表示，m3/s。 降尘室内的颗粒运动
以速度u
以速度u0
随气体流动 作沉降运动
颗粒在降尘室的停留时间 l u
颗粒沉降到室底所需的时间 0 H u0 为了满足除尘要求 0
l H ——降尘室使颗粒沉降的条件 u u0
0.44
u0 1.74
ds g
——牛顿公式
3)影响沉降速度的因素
①颗粒的体积浓度
在前面介绍的各种沉降速度关系式中，当颗粒的体积浓
度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内，但当颗粒浓
度较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降，
自由沉降的公式不再适用。
②器壁效应
当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，（例如在100倍以上）
18VS
gs A底
• 说明
②最大的气体处理量还与降尘室底面积和颗粒的沉降速度 有关，底面积越大处理量越大，但处理量与高度无关。
为此，降尘室都做成扁平形；为提高气体处理量，室内 以水平隔板将降尘室分割若干层，称为多层降尘室。隔 板的间距应考虑出灰的方便。
• 降尘室的计算
设计型 已知气体处理量和除尘要求，求
《环保设备》重力沉降规律及其设备
即 V g(S L ) 'A (L uS2 / 2)
因
V 1 πd 3，A 1 πd 2
6
4
得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：
1/ 2
uS
4
g
(
S L 3 '
L
)
d
阻力系数λ′与雷诺数(Re)有关
λ′= f(Re) 从流体力学可知,雷诺数可用下式表示: Re=us·d/
式中：Fg——水中颗粒受到的作
用力；
V——颗粒的体积； ρS——颗粒的密度； ρL——水的密度； g——重力加速度。
式中：FD——水对颗粒的阻力； λ′——阻力系数；
A——自由颗粒的投影面积；
uS——颗粒在水中的运动速
度，即颗粒沉速。
球状颗粒自由沉淀的沉速公式
当颗粒所受外力平衡时， Fg FD
底被去除，即左上图中的
迹线xy与x′y′。 II. 当颗粒沉速u<u0时，位于
水面的颗粒不能沉到池底，
会随水流出，如左下图中
轨迹xy″所示；而当其位
于水面下的某一位置时，
它可以沉到池底而被去除，
如图中轨迹x′y所示。 说明对于沉速u小于颗粒沉
速u0的颗粒，有一部分会
沉到池底被去除。
上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：
3.1.2.1 平流式沉砂池 平流式沉砂池由入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗组
成，见图3-2。它具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、构造简 单、排沉砂较方便等优点。
图3-2 平流式沉砂池
动画演示
沉砂池的座数或分格数不得少于两个，并宜按并 联系列设计。平流式沉砂池的有效水深不大于 1.2m，一般采用0.25～1.0m，每格池宽不宜小于 0.6m，超高不宜小于0.3m。
因
V 1 πd 3，A 1 πd 2
6
4
得球状颗粒自由沉淀的沉速公式：
1/ 2
uS
4
g
(
S L 3 '
L
)
d
阻力系数λ′与雷诺数(Re)有关
λ′= f(Re) 从流体力学可知,雷诺数可用下式表示: Re=us·d/
式中：Fg——水中颗粒受到的作
用力；
V——颗粒的体积； ρS——颗粒的密度； ρL——水的密度； g——重力加速度。
式中：FD——水对颗粒的阻力； λ′——阻力系数；
A——自由颗粒的投影面积；
uS——颗粒在水中的运动速
度，即颗粒沉速。
球状颗粒自由沉淀的沉速公式
当颗粒所受外力平衡时， Fg FD
底被去除，即左上图中的
迹线xy与x′y′。 II. 当颗粒沉速u<u0时，位于
水面的颗粒不能沉到池底，
会随水流出，如左下图中
轨迹xy″所示；而当其位
于水面下的某一位置时，
它可以沉到池底而被去除，
如图中轨迹x′y所示。 说明对于沉速u小于颗粒沉
速u0的颗粒，有一部分会
沉到池底被去除。
上页图的运动迹线中的相似三角形存在着如下的关系：
3.1.2.1 平流式沉砂池 平流式沉砂池由入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗组
成，见图3-2。它具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、构造简 单、排沉砂较方便等优点。
图3-2 平流式沉砂池
动画演示
沉砂池的座数或分格数不得少于两个，并宜按并 联系列设计。平流式沉砂池的有效水深不大于 1.2m，一般采用0.25～1.0m，每格池宽不宜小于 0.6m，超高不宜小于0.3m。
化工原理中的沉降与过滤
由空气温度 t ? 250℃查得：
? ? 0.674 Kg / m3 , ? ? 27.4? pa ?s
解：离心沉降时
?
?
u0 ?
? d
2 P
?P
?
? ?a
?
18 ?
? d
2 P
?P
?
?
??u
2 r
18 ?
r
? ? ?
60
? 10 ? 6 2 ?1050 ? 0.674
18 ? 27 .4 ? 10 ? 6
Re ?
d Pc
?u oc
?
??
?
9.21?
10 ?5 3?
? 0.694 10 ?5
?
0.6
＝1.28
?
1
证明不在层流区。再假定在过渡区，得：
校验Re=1.14＞1，假设成立
dPc ? 8.27?10?5m
广州水厂全貌
图中兰色粗管是来自珠江的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是 沉降池。
水厂沉降池
加压叶滤机动画
转筒真空过滤机动画
连续沉降槽动画
袋式过滤器动画
步骤：假设流型→采用对应公式计算→校核 Re 及流型
Re ? d P u0 ? ?
3 、重力沉降的具体应用，降尘室
分离条件：从入口到出口的停留时间大于等于沉降时间
停留时间 ? L u
即L? H
u
u0
沉降时间 ? H u0
应用计算：
（1）颗粒粒径一定时，求最大处理量
分离极限条件： L ? H ? u ? Lu 0
【例3-2】 某除尘室高 2m、宽2m、长5m，用于矿石焙烧炉
的炉气除尘。矿尘的密度为 4500kg·m-3，其形状近于圆球。
? ? 0.674 Kg / m3 , ? ? 27.4? pa ?s
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证明不在层流区。再假定在过渡区，得：
校验Re=1.14＞1，假设成立
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广州水厂全貌
图中兰色粗管是来自珠江的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池是 沉降池。
水厂沉降池
加压叶滤机动画
转筒真空过滤机动画
连续沉降槽动画
袋式过滤器动画
步骤：假设流型→采用对应公式计算→校核 Re 及流型
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3 、重力沉降的具体应用，降尘室
分离条件：从入口到出口的停留时间大于等于沉降时间
停留时间 ? L u
即L? H
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沉降时间 ? H u0
应用计算：
（1）颗粒粒径一定时，求最大处理量
分离极限条件： L ? H ? u ? Lu 0
【例3-2】 某除尘室高 2m、宽2m、长5m，用于矿石焙烧炉
的炉气除尘。矿尘的密度为 4500kg·m-3，其形状近于圆球。
三章沉降与过滤ppt课件
室了，气体在降尘室内的分布不均匀造成分离能力下降；所以在降
尘室的前后均有渐缩和渐扩装置；
②若L不变，u↑，生产能力不变；若流速太大，则沉降后的颗粒被 重新扬起，分离效率↓，故应保证气体流动维持层流状态，一般u < 3m/s，易扬起的物料u < 1.5m/s 。
（3）重力沉降中沉降速度无法提高，重力沉降的效果有限，一般
异度。
s
S SP
SP—真实颗粒表面积 S—与SP真实颗粒体积相等的球型颗粒表面积 de：代表当量直径，即与真实颗粒SP体积相等的圆球直径，即
VP
1 6
d
3 e
VP：任意形状的颗粒体积， 不同Фs下的ξ—Re，曲线不同。
4、影响沉降速度的其它因素
• 以上的沉降过程为在重力作用下球形颗粒的自由沉降： ① 颗粒为球形； ② 颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰； ③ 容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略； ④ 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。 在实际情况中还需考虑以下因素的影响： • （1）、颗粒形状 颗粒形状偏离球形越大，其阻力系数就越大。 • （2）、壁效应 当颗粒靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影
降尘室用于分离气体中的固体颗粒 增稠器用于分离液体中的固体颗粒
离心沉降
旋风分离器用于分离气体中的固体颗粒 旋液分离器用于分离液体中的固体颗粒
二、 旋风分离器
（1）结构与工作原理
结构：上部圆柱形，下部圆锥形，进气 口、排气口、出尘口、灰斗组成。 工作流程： ①含尘气体由进气口自切线方向进入，受器壁约束向下作螺旋 形运动，叫外旋流，其上部为主要除尘区。 ②颗粒在惯性离心力作用下被甩向器壁汇聚于锥底。 ③净化后气体在中心轴附近由下而上作旋转运动，由顶部排出， 叫内旋流，与外旋流方向相反。 ④惯性离心力强度在器壁处最大，中心轴最小。
化工原理第三章概述重力沉降
3
6VP
2024/5/31
二、重力沉降分离设备
1、分级器 —— 将密度不同的颗粒分离的设备 【分离原理】利用不同密度的颗粒在流体中的沉降 速度不同这一原理来实现它们之间的分离。 【分离对象】不同种类（密度不同）的固体颗粒， 工业上的选矿便是利用此原理。
2024/5/31
2024/5/31
选矿工艺流程图
2024/5/31
五、非均相物系分离的作用
（1）回收分散物质；（从催化反应器中回收催化剂 颗粒） （2）净制连续介质；（二氧化硫气体除尘） （3）保护环境。（污水处理、除去烟道气中的粉尘 等）
2024/5/31
催化剂再生器
催裂化反应器
催
化
裂
旋液分离器
化
工
艺
流
程
图
旋风分离器
分馏塔
2024/5/31
24
Re
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层流区
过渡区
湍流区
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ζ－Re关系曲线图
（2）过渡区：2＜Re＜500，Allen定律区
10
Re （3）湍流区：500＜Re＜2×105，Newton定律区
0.44
【说明】（1）查ζ－Re关系曲线图，准确但复杂； （2）经验公式计算简便，但是有误差。
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二、非均相物系的特点
（1）体系内包含一个以上的相； （2）相界面两侧物质的性质（物理性质，如密度等 ）完全不同； 【例如】如由固体颗粒与液体构成的悬浮液、由固 体颗粒与气体构成的含尘气体等。
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三、非均相物系的组成
【分散相】处于分散状态的那一相 ； 【分散物质】处于分散状态的那种物质，如分散于 流体中的固体颗粒、液滴或气泡 。 【连续相】包围着分散相物质且处于连续状态的那 一相 ； 【连续相介质】处于连续状态的那种物质，如分气 固混合物的气体，悬浮液中的液体。
第三章沉降过程
X 干渣与滤液的质量比 1 CX X 干渣与滤液的体积的比值，即单位体积滤液所对应的 (1 CX ) / 干渣质量
1-CX：为单位质量悬浮液所获得的滤液的质量，kg滤液/kg悬浮液
（3）湿滤渣质量与滤液体积的比值为ωC ， kg湿渣/m3滤液 （4）湿滤渣体积与滤液体积的比值 C ν ：单位体积滤液所含湿滤渣的体积 C
2
4 (1 )a
对于层流：K´=5
3 Pc u 2 ( ) 5a (1 )2 l
3-4-2 过滤基本方程式
二 过滤速率与过滤速度
3 dV Pc 过滤速度： u 2 ( ) 2 Ad 5a (1 ) l
过滤速率： 单位时间获得的滤液体积，m3/s
dV 3 APc 2 ( ) 2 d 5a (1 ) l
颗粒受重力否 离心分离因数：同一颗粒在同种介质中的离心力与重力 的比值Kc
r 2 Kc g
二 旋风分离器的操作原理
旋风分离器的结构
外旋气流 上旋气流 气芯 负压
对于5m以下的颗粒 •湿法捕集
•滤袋器
三旋风分离器的性能
1. 2. 3.
临界粒径 分离效率 气体经旋风分离器的压强降
1.
临界粒径
3. 影响沉降速度的因素
自由沉降 干扰沉降
层流：ut d p ( p )g
2
1) 流体的黏度 2) 颗粒的体积分数：当颗粒浓度很高时，沉降速度比自由
18
沉降速度减少
•颗粒实质上是在密度和粘度都比清液为大的悬浮液内沉降
• 当颗粒向下沉降时，流体被置换而向上运动，阻滞了靠
得很近的其它颗粒的沉降
一 惯性离心力作用下的沉降速度 2 2 u 做圆周运动时，向心加速度： r 或 T
1-CX：为单位质量悬浮液所获得的滤液的质量，kg滤液/kg悬浮液
（3）湿滤渣质量与滤液体积的比值为ωC ， kg湿渣/m3滤液 （4）湿滤渣体积与滤液体积的比值 C ν ：单位体积滤液所含湿滤渣的体积 C
2
4 (1 )a
对于层流：K´=5
3 Pc u 2 ( ) 5a (1 )2 l
3-4-2 过滤基本方程式
二 过滤速率与过滤速度
3 dV Pc 过滤速度： u 2 ( ) 2 Ad 5a (1 ) l
过滤速率： 单位时间获得的滤液体积，m3/s
dV 3 APc 2 ( ) 2 d 5a (1 ) l
颗粒受重力否 离心分离因数：同一颗粒在同种介质中的离心力与重力 的比值Kc
r 2 Kc g
二 旋风分离器的操作原理
旋风分离器的结构
外旋气流 上旋气流 气芯 负压
对于5m以下的颗粒 •湿法捕集
•滤袋器
三旋风分离器的性能
1. 2. 3.
临界粒径 分离效率 气体经旋风分离器的压强降
1.
临界粒径
3. 影响沉降速度的因素
自由沉降 干扰沉降
层流：ut d p ( p )g
2
1) 流体的黏度 2) 颗粒的体积分数：当颗粒浓度很高时，沉降速度比自由
18
沉降速度减少
•颗粒实质上是在密度和粘度都比清液为大的悬浮液内沉降
• 当颗粒向下沉降时，流体被置换而向上运动，阻滞了靠
得很近的其它颗粒的沉降
一 惯性离心力作用下的沉降速度 2 2 u 做圆周运动时，向心加速度： r 或 T
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沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s
不同粉尘的最高允许气流速度
层流式重力沉降室
多层沉降室：使沉降高度 减少为原来的1/（n+1）， 其中n为水平隔板层数
i
us LW (n 1) Q
考虑清灰的问题，一般隔板数 在3以下
多层沉降室
1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板
湍流式重力沉降室
Np H
对上式积分得 ln N p
usdx ln C v0 H
v0 H
x 0 Np Np0 ; x L Np NpL 边界条件： us L 得 N N exp( )
pL p0
v0 H
因此，其分级除尘效率
i 1
NpL Np0 1 exp( us LW ) Q us L ) v0 H
惯性除尘器
应用
一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘
净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，
捕集10～20µm以上的粗颗粒 压力损失100～1000Pa
旋风除尘器
利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 旋风除尘器内气流与尘粒的运动
普通旋风除尘器是由进气管、筒 体、锥体和排气管等组成
hc us t us L us LWH v0 Q
该粒子的除尘效率 h u L u LW i c s s H v0 H Q
(hc H )
i 1.0
(hc H )
层流式重力沉降室
对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin = ?
hc H
湍流模式1－假定沉降室中气流处于湍流状态，垂直于气流 方向的每个断面上粒子完全混合
宽度为W、高度为H和长度为dx的捕集元，假定气体流过dx距离 的时间内，边界层dy内粒径为dp的粒子都将沉降而除去
湍流式重力沉降室
粒子在微元内的停留时间
dt dx / v0 dy / us
被去除的分数 dN p dy usdx
气流沿外壁由上向下旋转运动： 外涡旋
少量气体沿径向运动到中心区域 旋转气流在锥体底部转而向上沿 轴心旋转：内涡旋 气流运动包括切向、轴向和径向： 切向速度、轴向速度和径向速度
旋风除尘器气流与尘粒的运动
旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续）
切向速度决定气流质点离心力大小， 颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁 到达外壁的尘粒在气流和重力共同作 用下沿壁面落入灰斗 上涡旋－气流从除尘器顶部向下高速 旋转时，一部分气流带着细小的尘粒 沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿 排出管外壁旋转向下，最后从排出管 排出
us
2 dp pg
18
2 dp p g LWH H 18 Q
即
d min
18 Q p gWL
hc=2H
由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分 级效率公式的一半作为实际分级效率
d min 36 Q p gWL
层流式重力沉降室
提高沉降室效率的主要途径 降低沉降室内气流速度 增加沉降室长度 降低沉降室高度
第一节 机械除尘器
机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心 力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：
重力沉降室
惯性除尘器
旋风除尘器
重力沉降室
重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离 的除尘装置
气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力 作用下缓慢向灰斗沉降
旋风除尘器
旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布
旋风除尘器
切向速度
外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方 VT Rn const. 此处n 1，称为涡流指数
n 1 1 0.67 D
0.14
T 283
0.3
内涡旋的切向速度正比于半径
1 exp(
湍流式重力沉降室
湍流模式2－完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全 混合
ni v0 HW（ ni 为除尘器内粒子浓度，均一） 单位时间排出： ni us HW 单位时间捕集：
总分级效率
i＝
ni usWL u L / Hv0 s ni Hv0W＋ni usWL 1 us L / Hv0
湍流式重力沉降室
usL 1/2 ( 三种模式的分级效率均可用 v H) 归一化 0 对Stokes颗粒，分级效率与dp成正比
重力沉降室归一化的分级率曲线
a层流－无混合 b湍流－垂直混合 c湍流－完全混合
重力沉降室
重力沉降室的优点 结构简单 投资少 压力损失小（50～100Pa） 维修管理容易 缺点 体积大 效率低 仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的 粒子
层流式和湍流式两种
层流式重力沉降室
假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中 忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用
纵剖面示意图
层流式重力沉降室
沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q 气流在沉降室内的停留时间
t L / v0 LWH Q
us
在t时间内粒子的沉降距离
第六章 除尘装置
1. 2. 3. 4.
机械除尘器 电除尘器 湿式除尘器 过滤式除尘器
5.
除尘器的选择与发展
除尘装置
从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置
湿式除尘装置 干式除尘装置
按分离原理分类 ：
重力除尘装置（机械式除尘装置） 惯性力除尘装置（机械式除尘装置） 离心力除尘装置（机械式除尘装置） 洗涤式除尘装置 过滤式除尘装置 电除尘装置 声波除尘装置
VT / R w
－角速度
内外涡旋的界面上气流切向速度最大 交界圆柱面直径 dI = ( 0.6～1.0 ) de , de 为排气管直径
惯性除尘器
机理
沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上， 气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用， 使其与气流分离
惯性除尘器
结构形式
冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子 反转式－改变气流方向捕集较细粒子
冲击式惯性除尘装置 a单级型 b多级型
反转式惯性除尘装置 a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型
不同粉尘的最高允许气流速度
层流式重力沉降室
多层沉降室：使沉降高度 减少为原来的1/（n+1）， 其中n为水平隔板层数
i
us LW (n 1) Q
考虑清灰的问题，一般隔板数 在3以下
多层沉降室
1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板
湍流式重力沉降室
Np H
对上式积分得 ln N p
usdx ln C v0 H
v0 H
x 0 Np Np0 ; x L Np NpL 边界条件： us L 得 N N exp( )
pL p0
v0 H
因此，其分级除尘效率
i 1
NpL Np0 1 exp( us LW ) Q us L ) v0 H
惯性除尘器
应用
一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘
净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，
捕集10～20µm以上的粗颗粒 压力损失100～1000Pa
旋风除尘器
利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 旋风除尘器内气流与尘粒的运动
普通旋风除尘器是由进气管、筒 体、锥体和排气管等组成
hc us t us L us LWH v0 Q
该粒子的除尘效率 h u L u LW i c s s H v0 H Q
(hc H )
i 1.0
(hc H )
层流式重力沉降室
对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin = ?
hc H
湍流模式1－假定沉降室中气流处于湍流状态，垂直于气流 方向的每个断面上粒子完全混合
宽度为W、高度为H和长度为dx的捕集元，假定气体流过dx距离 的时间内，边界层dy内粒径为dp的粒子都将沉降而除去
湍流式重力沉降室
粒子在微元内的停留时间
dt dx / v0 dy / us
被去除的分数 dN p dy usdx
气流沿外壁由上向下旋转运动： 外涡旋
少量气体沿径向运动到中心区域 旋转气流在锥体底部转而向上沿 轴心旋转：内涡旋 气流运动包括切向、轴向和径向： 切向速度、轴向速度和径向速度
旋风除尘器气流与尘粒的运动
旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续）
切向速度决定气流质点离心力大小， 颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁 到达外壁的尘粒在气流和重力共同作 用下沿壁面落入灰斗 上涡旋－气流从除尘器顶部向下高速 旋转时，一部分气流带着细小的尘粒 沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿 排出管外壁旋转向下，最后从排出管 排出
us
2 dp pg
18
2 dp p g LWH H 18 Q
即
d min
18 Q p gWL
hc=2H
由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分 级效率公式的一半作为实际分级效率
d min 36 Q p gWL
层流式重力沉降室
提高沉降室效率的主要途径 降低沉降室内气流速度 增加沉降室长度 降低沉降室高度
第一节 机械除尘器
机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心 力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：
重力沉降室
惯性除尘器
旋风除尘器
重力沉降室
重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离 的除尘装置
气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力 作用下缓慢向灰斗沉降
旋风除尘器
旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布
旋风除尘器
切向速度
外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方 VT Rn const. 此处n 1，称为涡流指数
n 1 1 0.67 D
0.14
T 283
0.3
内涡旋的切向速度正比于半径
1 exp(
湍流式重力沉降室
湍流模式2－完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全 混合
ni v0 HW（ ni 为除尘器内粒子浓度，均一） 单位时间排出： ni us HW 单位时间捕集：
总分级效率
i＝
ni usWL u L / Hv0 s ni Hv0W＋ni usWL 1 us L / Hv0
湍流式重力沉降室
usL 1/2 ( 三种模式的分级效率均可用 v H) 归一化 0 对Stokes颗粒，分级效率与dp成正比
重力沉降室归一化的分级率曲线
a层流－无混合 b湍流－垂直混合 c湍流－完全混合
重力沉降室
重力沉降室的优点 结构简单 投资少 压力损失小（50～100Pa） 维修管理容易 缺点 体积大 效率低 仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的 粒子
层流式和湍流式两种
层流式重力沉降室
假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中 忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用
纵剖面示意图
层流式重力沉降室
沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q 气流在沉降室内的停留时间
t L / v0 LWH Q
us
在t时间内粒子的沉降距离
第六章 除尘装置
1. 2. 3. 4.
机械除尘器 电除尘器 湿式除尘器 过滤式除尘器
5.
除尘器的选择与发展
除尘装置
从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置
湿式除尘装置 干式除尘装置
按分离原理分类 ：
重力除尘装置（机械式除尘装置） 惯性力除尘装置（机械式除尘装置） 离心力除尘装置（机械式除尘装置） 洗涤式除尘装置 过滤式除尘装置 电除尘装置 声波除尘装置
VT / R w
－角速度
内外涡旋的界面上气流切向速度最大 交界圆柱面直径 dI = ( 0.6～1.0 ) de , de 为排气管直径
惯性除尘器
机理
沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上， 气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用， 使其与气流分离
惯性除尘器
结构形式
冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子 反转式－改变气流方向捕集较细粒子
冲击式惯性除尘装置 a单级型 b多级型
反转式惯性除尘装置 a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型