矿大北京化工原理3-02

1、1第二节第二节 沉降过程沉降过程沉降沉降 在某种力场作用下，利用物料中分散相与连在某种力场作用下，利用物料中分散相与连续相间的密度差，使之发生相对运动，密度大续相间的密度差，使之发生相对运动，密度大(直直径大径大)的颗粒的颗粒定向地定向地移至收集面，实现分离。移至收集面，实现分离。电沉降电沉降重力沉降重力沉降力场力场沉降类型沉降类型 物物 系系 重力场重力场 自由沉降自由沉降 干扰沉降干扰沉降 气气-固、液固、液-固、固、气气-液、液液、液-液液 离心力场离心力场 离心沉降离心沉降 同上同上 电场电场 电除尘器电除尘器 电捕焦油器电捕焦油器颗粒极微者颗粒极微者 23-2-1 重力沉降重力沉降

2、一、一、沉降速度沉降速度( (一一) )球形颗粒的自由沉降球形颗粒的自由沉降 自由沉降自由沉降 颗粒沉降中不受外界的任何影响。颗粒沉降中不受外界的任何影响。将一粒表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体将一粒表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体中，颗粒中，颗粒 s 流体的流体的 ，于是受到：，于是受到：作用力作用力 方向方向 作作 用用 者者 重力重力Fg 浮力浮力Fb 阻力阻力Fd 重力场重力场 连续相连续相 分散相与连续相相互运动产生分散相与连续相相互运动产生 FdFgFb3当颗粒和流体的种类确定后，当颗粒和流体的种类确定后，重力重力及及浮力浮力(只与只与 s、d 和和 有关有关)便为常量；便

3、为常量；阻力阻力的大小则的大小则随着颗粒运动的快慢变化。随着颗粒运动的快慢变化。 直径为直径为d 的颗粒，所受的三个力分别为：的颗粒，所受的三个力分别为：gdFsg 3)6/( gdFb 3)6/( 242222uduAFd 三力之和三力之和0时，时，颗粒产生加速度颗粒产生加速度 ddua maFFFdbg ddududgdss3223624)(6 (3-9a)FdFgFb4在静止的流体中颗粒的沉降过程在静止的流体中颗粒的沉降过程 u Fd a 000max 从颗粒沉降达到等速阶段，理论上讲需要从颗粒沉降达到等速阶段，理论上讲需要很长的时间，但达到很长的时间，但达到0.99ut需时很短，故可以

4、忽需时很短，故可以忽略加速段，认为略加速段，认为颗粒始终在等速颗粒始终在等速ut下运动下运动。 在在a=0，u=ut，由，由(3-9a) ： 3)(4 stdgu显示：显示：( s- ) 、d ut 。 FdFgFb ddududgdss3223624)(6 0 u Fd ,净力净力 a 逐渐逐渐 加速段加速段 ut Fd=FgFb0等速段等速段5(二二)阻力系数阻力系数 也是雷诺数也是雷诺数Ret (=dut / )的函数：的函数： 滞流区滞流区(斯托克斯定律区，斯托克斯定律区，10-4 Ret 1) =24/Ret (3-11) 过渡区过渡区(艾伦区艾伦区, 1 Ret 103) =18.

5、5/Ret0.6 (3-12) 湍流区湍流区(牛顿定律区牛顿定律区, 103 Ret 2 105) =0.106将将(3-11)(3-13) (3-10)，得到不同，得到不同Ret区域内区域内1. 滞流区滞流区ut的计算式：的计算式：2. 过渡区过渡区3. 湍流区湍流区 18)(2gdust (3-14)6 . 0Re)(27. 0tstgdu (3-15) gdust)(74. 1 (3-16)7各各ut下，流体对颗粒产生的流阻有不同影响：下，流体对颗粒产生的流阻有不同影响：滞流区滞流区 颗粒表面形成很薄的滞流边界层，且不颗粒表面形成很薄的滞流边界层，且不发生边界层分离。发生边界层分离。只存

6、在流体的只存在流体的粘性阻力粘性阻力= f (ut)湍流区湍流区 虽然边界层仍为滞流，但其分离引起的形虽然边界层仍为滞流，但其分离引起的形阻已占主导地位，阻已占主导地位，流阻流阻= f (ut2)。过渡区过渡区 介于滞、湍流间，介于滞、湍流间，粘、形阻均不可忽略粘、形阻均不可忽略。湍流边界层区湍流边界层区 此时，由于流体主体中的能量与边此时，由于流体主体中的能量与边界层中的能量交换强度增加，反而使边界层的分界层中的能量交换强度增加，反而使边界层的分离困难起来。形阻下降使离困难起来。形阻下降使 突然下降。突然下降。 8(三三)影响影响ut 的因素的因素 连续相为气态的物系或单个颗粒在大空间的沉连

7、续相为气态的物系或单个颗粒在大空间的沉降中，颗粒的沉降才能视为降中，颗粒的沉降才能视为“自由沉降自由沉降”。 当连续相为液体或物系中颗粒的体积分率较高当连续相为液体或物系中颗粒的体积分率较高时时“干扰沉降干扰沉降” 。此时影响。此时影响 ut 的因素有：的因素有： 颗粒的体积浓度颗粒的体积浓度 当体积浓度当体积浓度0.2%, 各各ut 的理论的理论计算值偏差计算值偏差 100 d 时，器壁效应可略。时，器壁效应可略。 颗粒形状颗粒形状 已知管壁表面已知管壁表面粗糙度粗糙度hf ；同样，；同样，颗粒形颗粒形状状越偏离球形，沉降时阻力也越大。越偏离球形，沉降时阻力也越大。 d 太小太小会会产生布朗

8、运动产生布朗运动, 当当 d 10-4可忽略布朗运动影响。可忽略布朗运动影响。 )/( 1 . 21Dduutt (3-17)10另外，另外，静止静止流动流动与颗粒同向不同速；与颗粒同向不同速；与颗粒反向。与颗粒反向。连续相：连续相：分散相：分散相： s ，颗粒作，颗粒作 运动。运动。 沉降沉降升浮升浮11（四）沉降速度的计算（四）沉降速度的计算 计算计算ut时，要通过时，要通过Ret确定使用哪一个公式，确定使用哪一个公式， 有有ut =f(Ret)。可以采用如下方法进行计算。可以采用如下方法进行计算。 1. 试差法试差法 当求出的当求出的ut与假设的与假设的ut在同一个在同一个Ret范围内，求范围内，求出的出的ut有效。有效。 2. 摩擦数群法摩擦数群法 可由可由d求求ut，或反之。设法消去，或反之。设法消去Ret中的中的ut无需无需试差，但离不开图。该法便于计算非球形的试差，但离不开图。该法便于计算非球形的ut 。 123. K 判据判据求求ut此法无