大连理工大学：《化工原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 非均相物系分离（3.1）重力沉降

一、沉降速度 第三章 1、球形颗粒的自由沉隆 2、阻力系数 非均相物系分离 3、影响沉降速度的因素 4、沉降速度的让算 5、分级沉隆 第一节 二、隆尘室 重力沉降 1、降尘室的结构 2、降尘室的生产能力 下页 國国 2021/2/24

2021/2/24 第三章 非均相物系分离 一、沉降速度 1、球形颗粒的自由沉降 2、阻力系数 3、影响沉降速度的因素 4、沉降速度的计算 5、分级沉降 二、降尘室 1、降尘室的结构 2、降尘室的生产能力 第一节 重力沉降

均相混合物物系内部各处物料性质均匀而且不 存在相界面的混合物 混合物 例如:互溶溶液及混合气体 非均相混合物物系内部有隔开两相的界面存在且 界面两侧的物料性质截然不同的混 物 固体颗粒和气体构成的含尘气体 例如固体颗粒和液体构成的悬浮液 不互溶液体构成的乳浊液 液体颗粒和气体构成的含雾气体 2021/2/24 上页下页回

2021/2/24 混合物 均相混合物 非均相混合物 物系内部各处物料性质均匀而且不 存在相界面的混合物。 例如：互溶溶液及混合气体 物系内部有隔开两相的界面存在且 界面两侧的物料性质截然不同的混 合物。 例如 固体颗粒和气体构成的含尘气体 固体颗粒和液体构成的悬浮液 不互溶液体构成的乳浊液 液体颗粒和气体构成的含雾气体

分散相处于分散状态的物质 分散物质如:分散于流体中的固体颗粒、 非均相物系 液滴或气泡 连续相包围着分散相物质且处于连续 分散相介质状态的流体 如:气态非均相物系中的气体 液态非均相物系中的连续液体 分离 连续相与分散相机械分散相和连续相 沉降 不同的物理性质分离 发生相对运动的方式(过滤 2021/2/24 上页下页返回

2021/2/24 非均相物系 分散相 分散物质 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 连续相 分散相介质 包围着分散相物质且处于连续 状态的流体 如：气态非均相物系中的气体 液态非均相物系中的连续液体 分离 机械 分离 沉降 不同的物理性质 过滤 连续相与分散相 发生相对运动的方式 分散相和连续相

、重力沉降 沉降在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异 ,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。 重力 重力沉降 fb 作用力 惯性离心力 离心沉降 1、沉降速度 1)球形颗粒的自由沉降 设颗粒的密度为,直径为d,流体的密度为p, 2021/2/24 上页下页返回

2021/2/24 一、重力沉降 沉降 在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异 ，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。 作用力 重力 惯性离心力 重力 沉降 离心沉降 1、沉降速度 1）球形颗粒的自由沉降 设颗粒的密度为ρs，直径为d，流体的密度为ρ

重力F g 6 8 浮力Fb=dn 而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速度而变,可仿照 流体流动阻力的计算式写为: 2对球形颗粒A=zd2 2 ou Fg-Fb-Fd= ma 2021/2/24 上页下及

2021/2/24 重力 F d g g  s  3 6 = 浮力 F d g b   3 6 = 而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速度而变，可仿照 流体流动阻力的计算式写为 ： 2 2 u Fd A  =  2 4 A d  对球形颗粒 = 4 2 2 2 u F d d    =    F F F ma g − b − d =

pg 4 颗粒开始沉降的瞬间,速度=0,因此阻力F=0,a→max 颗粒开始沉降后,u↑→F↑;u→u1时,a=0 等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度u,称为沉降速度。 当a=0时,u=u,代入(a)式 丌,20 ps8 pg -5d 0 4 4(g(p-p) 3, 沉降速度表达式 2021/2/24 上页下及

2021/2/24 d a u d g d g d s s         3 2 3 3 2 6 6 4 2 6 − − = (a) 颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0，因此阻力Fd =0，a→max 颗粒开始沉降后，u ↑ →Fd ↑；u →ut 时，a=0 。 等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度ut 称为沉降速度。 当a=0时，u=ut，代入（a）式 0 6 6 4 2 2 3 3 2 − − = t s u d g d g d        3 4 ( )   −  = s t dg u ——沉降速度表达式

2、阻力系数ξ 通过因次分析法得知,ξ值是颗粒与流体相对运动时的 雷诺数Re的函数。 对于球形颗粒的曲线,按Re,值大致分为三个区: a)滞流区或托斯克斯( stokes)定律区(10+<Re2<1) 24 Ret 斯托克斯公式 18 2021/2/24 上页下及

2021/2/24 2、阻力系数ξ 通过因次分析法得知，ξ值是颗粒与流体相对运动时的 雷诺数Ret的函数。 对于球形颗粒的曲线，按Ret值大致分为三个区： a) 滞流区或托斯克斯(stokes)定律区（10 –4＜Ret<1） Ret 24  = ( )    18 2 − = s t d u ——斯托克斯公式

i000 0.1 101010124610101010 2021/2/24 上页下及

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b)过渡区或艾伦定律区(Alen)(1<Re<103) 18.5 Re 0.6 4=0265/8dn-)Rer6 艾伦公式 c)滞流区或牛顿定律区( Nuton)(103<Re1<2×105) =0.44 L.=1.74 。-pg 牛顿公式 2021/2/24 上页下及

2021/2/24 0.6 Re 18.5 t  = ( )    0.6 Re 0.269 gd t u s t − = ——艾伦公式 c) 滞流区或牛顿定律区（Nuton）（103＜Ret ＜ 2×105）  = 0.44 ( )  d   g u s t − =1.74 ——牛顿公式 b) 过渡区或艾伦定律区（Allen）（1＜Ret<103）

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 容器效应可忽略,否则需加以考虑。 1+2.1 D 2021/2/24 上页下及

2021/2/24 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） 容器效应可忽略，否则需加以考虑。       + = D d u u t t 1 2.1