重力沉降原理

重力沉降原理1、球形颗粒的自由沉降2、实际沉降3、降尘室生产能力的计算1、球形颗粒的自由沉降单个颗粒在无限大流体（容器直径大于颗粒直径的100倍以上）中的降落过程，称为自由沉降。工业生产考虑和研究的是沉降速度。球形颗粒置于静止的流体中，如果颗粒密度大于流体密度，颗粒将在流体中沉降，此时颗粒受到的三个力的作用，即重力（颗粒自身的重力）、浮力（流体对颗粒的浮力）和阻力（颗粒沉降时的流动阻力）。1、球形颗粒的自由沉降①重力②浮力③阻力根据牛顿第二运动定律，上面三个力的合力等于颗粒的质量与其加速度a的乘积，即达到匀速运动后合力为零因此，静止流体中颗粒的沉降过程可分为两个阶段，即加速段和等速段。1、球形颗粒的自由沉降①重力②浮力③阻力由于工业生产中处理的非均相混合物中，颗粒很小，因此经历加速段的时间很短，在整个沉降过程中往往可忽略不计。等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度

，

称为沉降速度。1、球形颗粒的自由沉降①重力②浮力③阻力由

可知

，等速段的合力关系：

整理后可得到重力沉降速度

的关系式：1、球形颗粒的自由沉降在公式中，要计算沉降速度

，首先需要确定阻力系数

，而阻力系数与流体的流动状态有关，即：

与的关系通常由实测定，如图所示。1、球形颗粒的自由沉降为了便于计算

，可将球形颗粒的

曲线分为三个区域，即：层流区

（）过渡区

（）湍流区

（）阻力系数沉降速度计算公式1、球形颗粒的自由沉降计算颗粒的沉降速度时，常采用试差法，即先假设颗粒沉降属于某个区域，选择相对应的计算公式进行计算，然后再将计算结果用雷诺数

进行校核，若与假设区域一致，则计算的

有效，否则按计算出来的

值另选区域，直至校核与假设相符为止。如何计算沉降速度？1、球形颗粒的自由沉降[例]某工厂拟用重力沉降净化河水。河水的密度为1000kg/m3，黏度为1.1×10－3Pa∙s，其中颗粒可近似视为球形，粒径为0.1mm，密度为2600kg/m3。求颗粒的沉降速度。解：假设沉降处于层流区，由斯托克斯定律，得：因此，假设成立，ut＝7.93×10－3m/s2、实际沉降上述沉降速度的计算方法，只适用于颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰，以及忽略容器壁对颗粒沉降的阻滞作用。若颗粒之间的距离很小，即使没有相互接触，一个颗粒沉降时亦会受到其他颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。实际沉降多为干扰沉降，实际沉降速度小于自由沉降速度。各因素的影响非常大。（1）颗粒含量的影响

周围颗粒的存在和运动将相互影响，使颗粒的沉降速度较自由沉降时小。例如，由于大量颗粒下降，将置换下方流体并使之上升，从而使沉降速度减小。颗粒含量越大，这种影响越大，达到一定沉降要求所需的沉降时间越长。2、实际沉降（2）颗粒形状的影响

对于同种颗粒，球形颗粒的沉降速度要大于非球形颗粒的沉降速度。这是因为非球形颗粒的表面积相对较大，沉降时受到的阻力也较大。（3）颗粒大小的影响

在其它条件相同时，粒径越大，沉降速度越大，越容易分离。如果颗粒大小不一，大颗粒将对小颗粒产生撞击，其结果是大颗粒的沉降速度减小，而对沉降起控制作用的小颗粒的沉降速度加快，甚至因撞击导致颗粒聚集而进一步加快沉降。（4）流体性质的影响

流体密度与颗粒密度相差越大，沉降速度越大；流体粘度越大，沉降速度越小，因此，对于高温含尘气体的沉降，通常先散热降温，以便获得更好的沉降效果。2、实际沉降（5）流体流动的影响

流体的流动会对颗粒的沉降产生干扰，为了减少干扰，进行沉降时要尽可能控制流体流动处于稳定的低速。因此，工业上的重力沉降设备，通常尺寸很大，其目的之一就是降低流速，消除流动干扰。（6）器壁的影响

器壁的影响是双重的，一是摩擦干扰，使颗粒的沉降速度下降；二是吸附干扰，使颗粒的沉降距离缩短。为简化计算，实际沉降可近似按自由沉降处理，由此引起的误差在工程上是可以接受的。只有当颗粒含量很大时，才需要考虑颗粒之间的相互干扰。3、降尘室生产能力的计算凭借重力以除去气体中尘粒的沉降设备称为降尘室。含尘气体从入口进入后，容积突然扩大，流速降低，粒子在重力作用下发生重力沉降。生产中，为了提高气固分离能力，在气道中可加设若干折流挡板，延长气流在气道中的行程，增加气流在降尘室的停留时间，还可以促使颗粒在运动时与器壁和挡板的碰撞，而后落入器底或集尘斗内，从而提高分离效率。3、降尘室生产能力的计算如图所示，从颗粒在降尘室内的运动情况看，气体在降尘室内的停留时间为：

：气流在气道内的停时间，s：降尘室的长度，m：气流在降尘室的水平速度，m/s。颗粒在降尘室中所需的沉降时间（以降尘室顶部计算）：降尘室的高度，m：气流在降尘室的垂直速度，m/s。3、降尘室生产能力的计算

通过分析，沉降分离满足的基本条件为：即停留时间应不小于沉降时间。气流在降尘室的水平速度为：

：降尘室的生产能力，m3/s：