重力沉降解析PPT学习教案

1、会计学1 重力沉降解析重力沉降解析 3.2 3.2 重力沉降重力沉降 重力沉降：就是在重力沉降：就是在重力场中实现的机械分离。重力场中实现的机械分离。 3.2.1 3.2.1 重力沉降速度（重力沉降速度（ ut ） 一、自由沉降：一、自由沉降： 球形颗粒在球形颗粒在重力场中不受外力和自身干重力场中不受外力和自身干 扰，这样的沉降叫扰，这样的沉降叫自由沉降。自由沉降。 第1页/共28页 二、二、球形颗粒自由沉降过程的分析球形颗粒自由沉降过程的分析 ： 重力重力 Fg 浮力浮力 Fb 阻力阻力 Fd 将表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的将表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的 流体介质中，如果颗粒的密度大

2、于流体的密流体介质中，如果颗粒的密度大于流体的密 度，则颗粒将在流体中降落。此时，颗粒受度，则颗粒将在流体中降落。此时，颗粒受 到三个力的作用，即重力、浮力和阻力。到三个力的作用，即重力、浮力和阻力。 gdF sg 3 6 gdF b 3 6 2 2 u AF d 第2页/共28页 对于一定的流体和颗粒，重力与浮力是对于一定的流体和颗粒，重力与浮力是 恒定的，而阻力却随颗粒的降落速度而变。恒定的，而阻力却随颗粒的降落速度而变。 如图所示如图所示，重力向下，浮力向上，阻力，重力向下，浮力向上，阻力 与颗粒运动的方向相反即向上。与颗粒运动的方向相反即向上。 直径为直径为d 的球形颗粒受到的重力为：

3、的球形颗粒受到的重力为： 其中：其中： s 为颗粒密度为颗粒密度 。 gdF sg 3 6 （ 31） 第3页/共28页 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： gdF b 3 6 其中：其中：为流体密度。为流体密度。 直径为直径为d 的球形颗粒受到的阻力为：的球形颗粒受到的阻力为： 2 2 u AFd （ 32） （ 33） 第4页/共28页 式中式中 ： u颗粒的相对于流体的沉降速度，颗粒的相对于流体的沉降速度，m/s ； A颗粒在垂直于其运动方向上的水平面颗粒在垂直于其运动方向上的水平面 上是投影面积，上是投影面积，m2。 阻力系数，无因次；阻力

4、系数，无因次； 2 4 dA （ 34） 第5页/共28页 根据牛顿第二定律，根据牛顿第二定律， 上面三个力合力应上面三个力合力应 等于颗粒的质量与运动加速度之积：等于颗粒的质量与运动加速度之积： maFFF dbg 或或 式中式中 ： dt du d u dd ss 3 2 23 6 ) 2 ( 4 )( 6 m颗粒的质量，颗粒的质量，kg； 加速度，加速度，m/s2； a dt du t 时间，时间，s； （ 35） （ 36） 第6页/共28页 粒子在静止流体中运动过程：粒子在静止流体中运动过程： 1）加速）加速 段：段： t uuu 0 0 aa最大 粒子开始运动的瞬间粒子开始运动的瞬

5、间 u =0，阻力，阻力 Fd = 0， 加速度最大；此阶段短暂，计算时可忽略。加速度最大；此阶段短暂，计算时可忽略。 第7页/共28页 2）等速）等速 段：段： 0,auu t 粒子开始运动，粒子开始运动，u =0u = ut（最大值），（最大值）， 此时阻力、浮力与重力达到平衡，即合力为零此时阻力、浮力与重力达到平衡，即合力为零 ； 加速度加速度a =0，此时颗粒开始作匀速运动；，此时颗粒开始作匀速运动； 匀速运动的速度匀速运动的速度ut 叫重力沉降速度，也叫叫重力沉降速度，也叫 终端速度。终端速度。 第8页/共28页 根据以上分析有根据以上分析有 ： 则则 22 33 0 6624 t

6、s ud dgdg 4 3 s t dg u t uua , 0 阻力系数，无因次；阻力系数，无因次； 式中式中 ： ut 颗粒的自由沉降速度，颗粒的自由沉降速度，m/s； （37） 第9页/共28页 三、不同三、不同 Ret 下的下的 ut 式式 用式用式（37）计算计算 ut 时，首先要确定阻时，首先要确定阻 力系数力系数值。通过值。通过量纲分析可知，量纲分析可知， 是颗粒与流是颗粒与流 体相对体相对 运动时雷诺准数运动时雷诺准数Ret 的函数。的函数。 层流 过渡 湍流 Ret110-411100010002105 24/Ret18.5/0.6Ret0.44 ut 18 )( 2 gd

7、s 6 . 0 )( 27. 0 ets gRd gd s )( 74 . 1 第10页/共28页 四、讨四、讨 论：论： 1、= f （颗粒形状，（颗粒形状，Ret ） 管件局部阻力系数同管件大小没有关系，管件局部阻力系数同管件大小没有关系， 仅是流体流径截面积形状函数；仅是流体流径截面积形状函数； 2 、 et et d u R 式中式中 ： de 颗粒当量直径，颗粒当量直径，m； 3 6 pe Vd Vp 非球形颗粒实际体积非球形颗粒实际体积m3 ； 第11页/共28页 3 6 p e V d 连续相密度，连续相密度，kg/m3； 连续相粘度，连续相粘度，Pas； 3、球形度、球形度s

8、s 体积与颗粒相等的球形颗粒的表面积 球形颗粒的表面积 a： s=1 是球形；是球形； b： s1 非球形，越小与球差异越大；非球形，越小与球差异越大； 第12页/共28页 4 4、层流时：、层流时： 2 18 s t dg u 斯托克斯公式斯托克斯公式 ut a： 连续相粘度连续相粘度 ut ； b： 颗粒直径尽量小，用均质磨能作到颗粒直径尽量小，用均质磨能作到ut ； c： 颗粒密度与连续相密度差尽量小，颗粒密度与连续相密度差尽量小，ut ； （38） 第13页/共28页 3.2.2 3.2.2 沉降设备沉降设备 一、降尘室：一、降尘室： 藉重力沉降从空气中分离出尘粒的设备称藉重力沉降从空

9、气中分离出尘粒的设备称 为降尘室。为降尘室。 二、设计原则：二、设计原则： （把颗粒留下）（把颗粒留下） L u 水平通过时间水平通过时间 第14页/共28页 第15页/共28页 t t能把颗粒留下，是设计原则能把颗粒留下，是设计原则 s V u Hb u 气体在降尘室内的水平通过速度，气体在降尘室内的水平通过速度，m/s； Vs 降尘室的生产能力即含尘气体通过降尘降尘室的生产能力即含尘气体通过降尘 室体积流量，室体积流量，m3/s； t t H u 沉降时间沉降时间 第16页/共28页 t / st LH VHbu st VbLu （3 39）表明：）表明： 降尘室的生产能力降尘室的生产能力

10、Vs仅取决于降尘室面积仅取决于降尘室面积 和沉降速度，与沉降高度无关和沉降速度，与沉降高度无关 （3 39） End 第17页/共28页 第18页/共28页 u t 第19页/共28页 第20页/共28页 第21页/共28页 第22页/共28页 第23页/共28页 第24页/共28页 B 净化气体 含尘 气体 A D1 A=D/2 S1 B=D/4 H1 D1=D/2 D H1=2D H H2=2D S1=D/8 H2 D2D/4 D2 尘粒 图 3-19 旋风分离器的尺寸及操作原理图 第25页/共28页 加料 清液溢流 清液 水平挡板 耙 稠浆 图 3-18 连续式沉降槽 第26页/共28页 图3 -5 板 框 压 滤 机 简 图