概述重力沉降

一、 重力沉降速度的计算
(1) 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。
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： (1)质量力 ,通常为重力。其大小可表示为：
重力场 F g=mg 球形颗粒 m=πd p3ρp/6 (2)浮力 F b，依阿基米德定律， 浮力在数值上等于同体积
AP
?
? 4
d2
m2
u........颗粒相对于流体的沉降 速度, m / s
讨论在重力作用下颗粒 在静止流体中的沉降：
当 F g ? Baidu Nhomakorabea b ? F D ? 0时 , 颗粒呈加速降落
, 其加速度为
du ,
d?
根据牛顿第二定律有 :
?
6
d
p3(?
p
?
? )g ? ?
?? d 2 ?? u 2
4
2
?
流体绕过颗粒的流动分析
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 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称为阻力。
图为流体流过固体时， 固体表面的受力情况。 一般，总曳力由形体 曳力和表面曳力两部 分组成。工程上大都 将形体曳力和表面曳 力合在一起，即研究 总曳力。
Ap：颗粒在运动方向的投影面积；
ξ：曳力系数，无因次
曳力系数
流体沿一定方位绕过形状一定的颗粒时，影响曳力的因素 可表示为： FD=F(l、μ、ρ、 u)
其中 l为颗粒的特征尺寸，对于光滑球体， l 即为颗粒的 直径dp 。应用因次分析可以得出关系式：
?
?
Fd
A??u 2
?
?(
d
P
u
?
? ) ? ?(Re p )
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，
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
力；而
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。
工程上大都将形体曳力和表面曳力合在一起，即研究总曳 力（总曳力 FD与流体的μ、ρ、 u有关） ，经因次分析用 下式表示：
2
? ~ Re p 关系由实验测定
雷诺准数 Re p
?
d P u? ?
对球形颗粒? ? 1
(1)层流区(Stokes区)
Re p ? 2
? ? 24 Re p
(2)过渡区( Allen区)
2 ? Re p ? 500
?
? 18.5R
e 0.6 p
(3)湍流区(Newton区) 500 ? Ret ? 2? 105 ? ? 0.44
m
du
d?
?
?
6
d
p3?
p
du
d?
du
?
?
(
p
?
?
)g ?
3?
?u 2
d?
?p
4d p ? p
当 F g ? F b ? F D ? 0时 , 颗粒呈匀速降落 ,
此颗粒与流体间的相对 速度即为
随着Rep增大，球面上边界层脱体，形成尾流（旋涡），形体 曳力增大，见图a
Rep>500，形体曳力为主， ξ=0.44，曳力与流速平方成正比
Rep>2×105 尾流区收缩， ξ由0.44突降至0.1左右，见图b
第二节 重力沉降
目的 ：从含有固体颗粒的流体中将固体和液体分离开 基本原理 ：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 者的分离。 沉降的分类：重力沉降和离心沉降。
第5章 沉降与过滤
主要内容：
本章着重介绍沉降的基本原理及相关的计算、有 关设备的结构特点及设计计算；结合过滤在工业上的 多方面应用，本章还介绍了过滤操作的特点及其相关 计算，以及典型的过滤设备。
重点内容：
重力沉降的基本原理，重力沉降速度的定义及其 计算，降尘室的工艺计算；
离心沉降的基本原理，离心沉降速度及其计算， 旋风分离器的特点及计算；
悬浮液（固- 液混合物）: 过滤 乳浊液（液- 液混合物）: 离心分离 含尘气体、含雾气体（气-液、气-固混合物）: 沉降 固、固分离 :筛分、分级沉降
一、非均相物系的分离
在非均相混合物中，处于分散状态的物质（如 分散于流体中的固体颗粒液滴或气泡）称为 分 散相或分散物质 ，包围着分散物质而处于连续 状态的流体称为 连续相或分散介质 。
过滤的基本原理，过滤的基本方程式及恒压、恒 速计算。
第一节 概述
化工生产中，需要将混合物加以分离的情况非 常多，概括有以下三方面： 原料需经过分离提纯或净化后才符合加工要求。 从反应器送出的反应产物一般都与尚未反应的 原料及副产物混在一起，也要从其中分离出纯 度合格的产品及将未反应的原料送回反应器或 另行处理。
在流体与颗粒组成的非均相物系中，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。
二、 流体与颗粒间的相对运动
流体在力场中所受的场力，
故 重力场 Fb= mg ρ / ρ P (3)曳力 F D
Fg
?
? 6
d
3
?
s
g
重力方向向下
Fb
?
? d3? 6
g
浮力方向向上
FD
?
?AP
?u2 2
阻力方向向上 (与颗粒运动方向相反 )
? ..........阻力系数 (无因次 )
AP ........颗粒在垂直于其运动方 向的平面上的投影面积
生产中的废气、废液在排放前，应将其中所含 的有害物尽量除去，以减轻环境污染，并有可 能将其变为有用之物。
? 混合物分为两类，即 均相混合物 （物系内部各 处均匀且无相界面，如：石油、空气）和 非均 相混合物 。
非均相混合物 包括：固体颗粒的混合物 （颗粒 间为气体分隔）、由固体颗粒与液体构成的 悬 浮液、由不互溶液体构成的 乳浊液、由固体颗 粒（或液滴）与气体构成的 含尘气体（或含雾 气体） 等。
悬浮在空气中的粉尘： 分散相粉尘 连续相 空气
由于分散相和连续相具有不同的物理性质（如： 尺寸不同、密度不同），可用 机械方法分离 。 例如：气体中所含的灰尘可以用重力、离心力 或在电场中将其除去，悬浮液可以通过过滤的 方式分离成液体和滤渣两部分，大小不等及密 度不同的颗粒构成的混合物可以用分级沉降的 方法分开，大小不同的颗粒用筛子亦可分开。