《环境工程原理》课程授课教案（讲稿）第06章 沉降

课程名称：环境工程原理摘要第一节沉降分离的基本概念一、沉降分离的一般原理和类型二、流体阻力与阻力系数第二节重力沉降一、重力场中颗粒的沉降过程二、沉降速度的计算三、降分离设备第六章沉降第三节离心沉降一、离心力场中颗粒的沉降分析二、旋流器工作原理三、离心沉降机工作原理第四节其它沉降一、电沉降二、惯性沉降本讲的要求及重点难点：【目的要求】要求学生了解沉降分离的原理和类型，了解沉降分离设备的基本结构，了解离心沉降机的工作原理。掌握重力场中不同流动状态下颗粒沉降速度和粒径的计算，掌握沉降分离设备的工作原理，掌握旋风分离器和旋流分离器的基本操作原理，掌握旋流器临界直径和分离效率的相关计算，掌握电除尘器和惯性除尘器的结构和工作原理。【重点】重力场中不同流动状态下颗粒沉降速度的计算，沉降分离设备的基本结构和工作原理，旋流器工作原理，临界直径和分离效率的计算，电除尘器和惯性除尘器的结构和工作原理。【难点】重力场中不同流动状态下颗粒沉降速度的计算，沉降分离设备的基本结构和工作原理，旋流器工作原理，临界直径和分离效率的计算，离心沉降机的工作原理。内容【本讲课程的引入】自然界是混合体系。在生活和生产过程中常常会遇到对混合体系中的物质进行分离的问题。在环境污染防治领域，研究对象都是混合体系（非均相和均相）。因此我们要学习分离过程原理。分离在环境污染防治中有非常重要的作用：将污染物与污染介质或其他污染物分离开来，从而达到去除污染物或回收利用的目的。分离过程包括机械分离和传质分离。机械分离是针对非均相混合体系，比如沉降、过滤，分别为第六、七章内容：传质分离是针对均相混合体系，包括平衡分离过程（如第八章吸收，第九章吸附，第十章中的萃取）和速率分离过程（第十章的离子交换、膜分离）。所以第二篇内容如下：第六章沉降；第七章过滤：第八章吸收；第九章吸附；第十章其他分离过程

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【本章课程的内容】第II篇分离过程原理第六章沉降86-1沉降分离的基本概念一、沉降分离的一般原理和类型沉降：将含有颗粒物的流体（水或气体）置于某种力场（重力场、离心力场、电场或惯性力场等）中，使颗粒物与连续相的流体之间发生相对运动，沉降到器壁、器底或其它沉积表面，从而实现颗粒物与流体的分离。表6.1.1沉降过程类型与作用力沉降过程作用力特征重力重力沉降沉降速度小，适用于较大颗粒的分离离心沉降离心力适用于不同大小颗粒的分离电沉降电场力带电微细颗粒（<0.1μm）的分离惯性沉降惯性力适用于10-20μm以上粉尘的分离热运动扩散沉降微细粒子（<0.01um）的分离那么在环境领域沉降原理如何利用？比如水与废水处理中各种颗粒物（无机砂粒、有机絮体....）的沉降，比重较小絮体、油珠的上浮；气体净化中粉尘、液珠的去除。颗粒物或液珠在流体中运动，或者说是和流体之间发生相对运动，有了相对运动就有摩擦，那么颗粒物的运动对于流体来说是阻力，反过来，流体的运动对于颗粒物来说也是阻力。我们往往希望颗粒物在流体中又快又好的沉降，阻碍颗粒物沉降的力就是流体阻力就显得至关重要了，所以我们来讨论流体阻力。二流体阻力与阻力系数当某一颗粒在不可压缩的连续流体中做稳定运行时，颗粒会受到来自流体的阻力。该阻力由两部分组成：形状阻力和摩擦阻力。流体阻力的方向与颗粒物在流体中运动的方向相反其大小与流体和颗粒物之间的相对运动速度u、流体的密度p、黏度μ以及颗粒物的大小、形状有关。对于非球形颗粒物，这种关系非常复杂。球形颗粒的尺寸常用以下物理量表征：V,-nd.体积球形颗粒4P6A= πd,表面积A6比表面积a=V.d,而非球形颗粒的形状可用形状系数-球形度Φ来表示。对于球形颗粒，球形度Φ=1；对于非球形颗粒，Φ<1。pu?对于球形颗粒，流体阻力的计算方程：F，=CpA。(6.1.10)2式中Cp阻力系数，由实验确定的阻力系数，无量纲，Cp=f(Rep)，2

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udp颗粒雷诺数Re，u一颗粒的投影面积Ap-105104N10310210球粒··圆片圆柱1.010-110-410-310-210-11.01010210310410510Rep【本讲课程的小结】本讲课主要讲了沉降分离的原理和类型以及球形颗粒流体阻力的通式，要求掌握沉降分离的基本原理、类型、作用力、特征等基本概念；对比流体流动阻力范宁公式理解球形颗粒的流体阻力的通式，为学习重力沉降、离心沉降做好准备，【思考题】(1)简要说明环境工程领域哪些处理单元涉及沉降分离过程。(②)颗粒的几何特性如何影响颗粒在流体中受到的阻力。(3)不同流态区，颗粒受到的流体阻力不同的原因是什么。【本讲课程的引入】重力沉降是最简单的沉降分离方法，在环境领域中的应用十分广泛，既可用于水与废水中悬浮颗粒的分离，如沉砂池、沉淀池，也可用于气体净化，去除废气中的粉尘，如重力降尘室。86-2重力沉降一、重力场中颗粒的沉降过程假设球形颗粒粒径为d、质量为m。沉速如何计算？我们先来对颗粒进行受力分析。元颗粒所受重力Fd,ppg63

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颗粒所受流体的浮力F,=d,pg6由于P，>P，则颗粒将受到一个向下的合力的作用。根据牛顿第二定律，颗粒将产生向du下运动的加速度，即F-F,=md在该加速度作用下，颗粒与流体之间产生相对运动，在运动过程中还会受到流体阻力作用，此时，颗粒所受的合力为F=F-F-F,颗粒在流体中开始沉降的瞬间，由于颗粒和流体之间没有相对运动，沉降速度U=0，流体阻力F,=0。随着颗粒的沉降，颗粒与流体之间的相对运动速度加大，流体阻力F也随之增大。经过很短的时间后，作用在颗粒上的重力、浮力和流体阻力三者达到平衡，即合力F=0，颗粒受力平衡，颗粒从此时开始以此时的速度做勾速下沉运动，这个速度称为颗粒的沉降速"e pu?d,p.g" d,pg-0度u，F=F-F,-F,=0，代入得：=0D4P2664(p,-p)d,g整理得颗粒终端沉降速度(6.2.5)u,=3pCD由于阻力系数与颗粒雷诺数之间的关系曲线可分为几个不同的区域，因此颗粒沉降速度的计算也需要按不同的区域进行。（1）层流区：Rep≤2C,=24/Rep1 P,-p。gd(6.2.6)斯托克斯（stokes）公式u,18A18.5（2）过渡区：2<Re<10°，CDRedo(p,-p)gd,Re.艾仑（A1len）公式u,=0.27）(6.2.7)p（3）流区：10<Re<2x10C=0.44(p,-p)gd,牛顿（Newton）公式u,=1.74(6.2.8)p通过以上公式，我们可以①了解影响颗粒沉速的因素（颗粒粒径）：②在已知的颗粒粒径条件下求沉降速度：③由颗粒沉降速度求颗粒粒径，如水处理中的沉降实验：④由颗粒沉降速度求液体黏度，如落球法测定黏度。二、沉降速度的计算1.试差法假设沉降属于某一区域一一计算颗粒沉速一一按求出的颗粒沉降速度u,计算Re，验证Re是否在所属的假设区域。如果在，假设正确；否则，需要重新假设和试算。2.磨擦数群法G与Re的关系曲线中，由于两坐标都含有未知数u，进行适当的转换，使其两坐标之一变成不包含u,的已知数群，则可以直接求解u。将颗粒沉速计算式（6.2.5)进行变换得到CD计算式：4

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101084P=0.125FAYy0.220H101070.60040.8061.000/X4H102106AWW1010WATARS310VY10-1103安XX=0.125410-21020.2200.6000.8061.000410~3106N42N10-110310*10212461010-1Rep3.无因次判据K用K判别沉降属于什么区域。？层流区：上限是Re=2紊流区：下限是ReP为1000例6.2.1：求直径为40μm，密度为2700kg/m的固体颗粒在20℃的常压空气中的自由沉降速度。已知20℃，常压状态下空气密度为1.205kg/m2，黏度为1.81×10-5Pa·s。解：（1）试差法假设颗粒的沉降处于层流区，并且由于Pp》p，所以由式（6.2.6）得：(pp-p)gdz_ 2700 x9.81x(40x10-0)2=0.13m/su, =18μ18×1.81×105

5 3. ᮴಴⃵߸᥂ K ˛䰡ሲѢҔМऎඳDŽ≝߿߸ . ⫼ ሖ⌕ऎ˖Ϟ䰤ᰃ ReP˙2 ㋞⌕ऎ˖ϟ䰤ᰃ Re3 Ў 1000 ՟ 6.2.1˖∖ⳈᕘЎ 40PmˈᆚᑺЎ 2700kg/m3 ⱘ೎ԧ乫㉦೼ 20ćⱘᐌय़ぎ⇨Ёⱘ㞾⬅≝䰡䗳 ᑺDŽᏆⶹ 20ćˈᐌय़⢊ᗕϟぎ⇨ᆚᑺЎ 1.205 kg/m3ˈ咣ᑺЎ 1.81×10-5Pa·sDŽ 㾷˖˄1˅䆩Ꮒ⊩ ؛䆒乫㉦ⱘ≝䰡໘Ѣሖ⌕ऎˈᑊϨ⬅Ѣ U U P  ˈ᠔ҹ⬅ᓣ˄6.2.6˅ᕫ˖     2 2 6 5 2700 9.81 40 10 0.13 18 18 1.81 10 P P t gd u U U P    u uu | u u m/s

_ dpu,P_ 40×10-6×0.13×1.205=0.346<2检验：Re,1.81x10-ul所以在层流区，与假设相符，计算正确。（2）摩擦数群法首先计算摩擦数群C,Re22_ 4d,p(p,=p)g_4x(40×10~)×1.205×2700×9.81C,Re.8.313u3×(1.81x10-5)假设颗粒的球形度为1，则由C,Re,2与Re，的关系曲线，可以查得Re，为0.32Re,μ_ 0.3x1.81x10-5因此，可得u,=0.125m/s40×10-×1.205d,p由于查图得到的Re，误差较大，所以可以作为判断颗粒沉降所处区域的依据，而u,的计算仍然采用式（6.2.6)，(pp-p)gd,2_2700×9.81x(40×10-6)=0.13m/su, =18×1.81x1018μ（3）判据法计算K判据得K=dgp(e-)(40×10-)9.81x1.205×2700=6.24^36u(1.81x10-5)所以可判断沉降位于层流区，由斯托克斯公式，可得：(pp-p)gdp2.2700×9.81×(40×10-6)0.13m/su18μ18×1.81x10三、沉降分离设备重力沉降是一种最简单的沉降分离方法，在环境工程领域应用广泛。重力沉降既可用于水处理中水与颗粒物的分离，又可用于气体净化中粉尘与气体的分离，还可用于不同大小或不同密度颗粒的分离。在水处理中，基于重力沉降的原理进行固液分离的处理构筑物有沉砂池、沉淀池，最典型的是平流式沉淀池。在气体净化中，用于分离气体中尘粒的重力沉降设备称为降尘室。在平流式沉淀池中，原水从进水区进入沉淀池，沿池长向出水口方向水平流动。原水中的颗粒物在流动过程中发生沉降，沉淀到池底，经刮泥机汇入排泥斗排出。与颗粒物分离后的处理水经出水堰收集，排出

6 Ẕ偠˖ 6 5 40 10 0.13 1.205 Re 0.346 2 1.81 10 P t P d u U P   uuu  u ᠔ҹ೼ሖ⌕ऎˈϢ؛䆒Ⳍヺˈ䅵ㅫℷ⹂DŽ ˄2˅ᨽ᭄᪺㕸⊩ 佪ܜ䅵ㅫᨽ᭄᪺㕸 2 Re CD p       3 3 6 2 2 2 5 4 4 40 10 1.205 2700 9.81 Re 8.31 3 3 1.81 10 P P D p d g C UU U P    uu u u u u u ؛䆒乫㉦ⱘ⧗ᔶᑺЎ 1ˈ߭⬅ 2 Re CD p Ϣ Re p ⱘ݇㋏᳆㒓ˈৃҹᶹᕫ Re p Ў 0.32 ಴ℸˈৃᕫ 5 6 Re 0.3 1.81 10 0.125 40 10 1.205 p t p u d P U   u u u u m/s ⬅Ѣᶹ೒ᕫࠄⱘRe p 䇃Ꮒ䕗໻ˈ᠔ҹৃҹ԰Ў߸ᮁ乫㉦≝䰡᠔໘ऎඳⱘձ᥂ˈ㗠 t u ⱘ䅵 ㅫҡ✊䞛⫼ᓣ˄6.2.6˅ˈ     2 2 6 5 2700 9.81 40 10 0.13 18 18 1.81 10 P P t gd u U U P    u uu | u u m/s ˄3˅߸᥂⊩ 䅵ㅫ K ߸᥂ᕫ       3 3 6 2 2 5 40 10 9.81 1.205 2700 6.24 36 1.81 10 P P d g K UU U P    u uu u | u E ᠔ҹৃ߸ᮁ≝䰡ԡѢሖ⌕ऎˈ⬅ᮃᠬܟᮃ݀ᓣˈৃᕫ˖     2 2 6 5 2700 9.81 40 10 0.13 18 18 1.81 10 P P t gd u U U P    u uu | u u m/s ϝǃ≝䰡ߚ行䆒໛ 䞡࡯≝䰡ᰃϔ⾡᳔ㅔऩⱘ≝䰡ߚ行ᮍ⊩ˈ೼⦃๗Ꮉ⿟乚ඳᑨ⫼ᑓ⊯DŽ䞡࡯≝䰡᮶ৃ⫼Ѣ ∈໘⧚Ё∈Ϣ乫㉦⠽ⱘߚˈ行জৃ⫼Ѣ⇨ԧ࣪ޔЁ㉝ᇬϢ⇨ԧⱘߚˈ行䖬ৃ⫼Ѣϡৠ໻ᇣ៪ ϡৠᆚᑺ乫㉦ⱘߚ行DŽ೼∈໘⧚Ёˈ෎Ѣ䞡࡯≝䰡ⱘॳ⧚䖯㸠೎⎆ߚ行ⱘ໘⧚ᵘㄥ⠽᳝≝ⷖ ∴ǃ≝⎔∴ˈ᳔݌ൟⱘᰃᑇ⌕ᓣ≝⎔∴DŽ೼⇨ԧ࣪ޔЁˈ⫼Ѣߚԧ⇨行Ёᇬ㉦ⱘ䞡࡯≝䰡䆒 ໛⿄Ў䰡ᇬᅸDŽ ೼ᑇ⌕ᓣ≝⎔∴Ёˈॳ∈Ң䖯∈ऎ䖯ܹ≝⎔∴ˈ⊓∴䭓৥ߎ∋ষᮍ৥∈ᑇ⌕ࡼDŽॳ∈Ё ⱘ乫㉦⠽೼⌕ࡼ䖛⿟Ёথ⫳≝䰡ˈ≝⎔ࠄ∴ᑩˈ㒣ࠂ⊹ᴎ∛ܹᥦ⊹᭫ᥦߎDŽϢ乫㉦⠽ߚৢ行 ⱘ໘⧚∈㒣ߎ∋คᬊ䲚ˈᥦߎDŽ

充入浮渣去除槽流出排泥降尘室是一个封闭设备，内部是一个空室，气体从降尘室入口进入，在流向出口的过程中，气体中的尘粒在随气体向出口流动的同时向下沉降，最终落入底部的集尘斗中，气体得到净化。气体入口气体出口无论是水处理中的沉淀池还是气体净化中的降尘室，从原理上都可以简化成下图所示的理想工作过程。假设沉淀池或降尘室的长、宽、高分别为1、b、ah。含尘气体或含悬浮物液体进入沉淀池或降尘室后，均勺分别在整个入流断面上，并以速度u：水平流向出口端。u,假设某一直径为d.的颗粒处于入流断面的顶部，该颗粒有两种运动：第一种运动是随流体的水平运动第二种运动是沉降运动。水平运动：速度U，时间：从入口流到出口所需要的时间，即颗粒在沉降装置中的停留时间1lbhVt停，水平运动的距离：1，所以（停u,u,bhqv式中：V——沉降装置的容积，m：q一流体的体积流量，m/s沉降运动：速度u，时间：颗粒从池顶沉降到池底的沉降时间t须，沉降运动的距离：h，h所以1流=u,颗粒在沉降装置中能够被分离的条件为为停≥沉，即V.hVu,=u,lb(6.2.15)>qyhqyu显然，若处于入口顶部的颗粒在沉淀池或降尘室中能够除掉，则处于其它位置的直径为d.的颗粒都能被除掉。因此，（6.2.15）是流体中直径为d.的颗粒完全去除的条件。而粒径大1

7 䰡ᇬᅸᰃϔϾᇕ䯁䆒໛ˈݙ䚼ᰃϔϾぎᅸˈ⇨ԧҢ䰡ᇬᅸܹষ䖯ܹˈ೼⌕৥ߎষⱘ䖛⿟ Ёˈ⇨ԧЁⱘᇬ㉦೼䱣⇨ԧ৥ߎষ⌕ࡼⱘৠᯊ৥ϟ≝䰡ˈ᳔㒜㨑ܹᑩ䚼ⱘ䲚ᇬ᭫Ёˈ⇨ԧᕫ DŽ࣪ޔࠄ ᮴䆎ᰃ∈໘⧚Ёⱘ≝⎔∴䖬ᰃ⇨ԧ࣪ޔЁⱘ䰡ᇬᅸˈҢॳ⧚Ϟ䛑ৃҹㅔ࣪៤ϟ೒᠔⼎ⱘ ⧚ᛇᎹ԰䖛⿟DŽ ؛䆒≝⎔∴៪䰡ᇬᅸⱘ䭓ǃᆑǃ催߿ߚЎ OǃEǃ KDŽ৿ᇬ⇨ԧ៪৿ ⍂⠽⎆ԧ䖯ܹ≝⎔∴៪䰡ᇬᅸৢˈ ഛ߿ߚࣔ೼ᭈϾܹ⌕ᮁ䴶Ϟˈᑊҹ䗳ᑺ ui∈ᑇ⌕৥ ষッDŽߎ ؛䆒ᶤϔⳈᕘЎ dcⱘ乫㉦໘Ѣܹ⌕ᮁ䴶ⱘ乊䚼ˈ 䆹乫㉦᳝ϸ⾡䖤ࡼ㄀˖ϔ⾡䖤ࡼᰃ䱣⌕ԧⱘ∈ᑇ䖤ࡼˈ ㄀Ѡ⾡䖤ࡼᰃ≝䰡䖤ࡼDŽ ∈ᑇ䖤ࡼ˖䗳ᑺ uiˈᯊ䯈˖Ңܹষ⌕ߎࠄষ᠔䳔㽕ⱘᯊ䯈ˈे乫㉦೼≝䰡㺙㕂Ёⱘذᯊ⬭䯈 t ذ∋ˈᑇ䖤ࡼⱘ䎱⾏˖Oˈ᠔ҹ i i qV V u bh lbh u l ذt ᓣЁ˖V——≝䰡㺙㕂ⱘᆍ⿃ˈm 3˗qV——⌕ԧⱘԧ⿃⌕䞣ˈm 3 /s ≝䰡䖤ࡼ˖䗳ᑺ utˈᯊ䯈˖乫㉦Ң∴乊≝䰡ࠄ∴ᑩⱘ≝䰡ᯊ䯈 t ≝ˈ≝䰡䖤ࡼⱘ䎱⾏˖Kˈ ᠔ҹ ut h t≝ 乫㉦೼≝䰡㺙㕂Ё㛑໳㹿ߚ行ⱘᴵӊЎ tذ t t≝ ˈे u lb h Vu q u h q V t t V V t t ˈ d ˄6.2.15˅ ᰒ✊ˈ㢹໘Ѣܹষ乊䚼ⱘ乫㉦೼≝⎔∴៪䰡ᇬᅸЁ㛑໳䰸ᥝˈ߭໘Ѣ݊ᅗԡ㕂ⱘⳈᕘЎ dcⱘ乫㉦䛑㛑㹿䰸ᥝDŽ಴ℸˈ˄6.2.15˅ᰃ⌕ԧЁⳈᕘЎ dcⱘ乫㉦ᅠܼএ䰸ⱘᴵӊDŽ㗠㉦ᕘ໻

于d.的颗粒也能被完全去除。【本讲小结】本讲主要讲了重力沉降的基本原理和相关计算，要求掌握颗粒沉降速度的计算、最大处理流量和能够完全去除的最小颗粒直径的计算。【作业】P236,9,10【本讲课程的引入】将流体置于离心力场中，依靠离心力的作用来实现颗粒物从流体中沉降分离的过程即离心沉降。一般来说，离心沉降的效率要高于重力沉降。【本讲课程的内容】86-3离心沉降一、离心力场中颗粒的沉降分析如图所示，假设含有颗粒物的非均相流体处于离心力场中，颗粒与流体一起以角速度围绕中心轴旋转。设某一质量为m、密度为Pp、粒径为d,的球形颗粒处于与中心轴的距离为r的离心场中，则该颗粒受到的惯性离0一二元dpppro2。惯性离心力的作用方向为沿径向向外。心力为F=mro26同时颗粒受到来自周围流体的浮力Fb，其大小等于密度为β的同体积流体在该位置所受的惯1元dppro?。性离心力，其方向指向中心轴。F.6如果颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒在（F。一F）的作用下沿径向向外运行，反之则向中心轴运动。由于颗粒与流体之间的相对运动，颗粒还会在运动过程中受到流体阻力Fpdu的作用。设颗粒所受的净作用力为F，并产生加速度则颗粒与流体之间产生相对运动，dt颗粒还会受到来自流体的阻力（电力）Fp的作用。如果这三项力能达到平衡，则du/dt=0此时F=F-F,-FDAdpu1元d,(pp-p)ro2-C,.642du=mdt4(pp-p)dpro?颗粒在此位置上的离心沉降速度：uc=13pCp与重力沉降的区别：①沉降方向不是向下，而是向外，即背离旋转中心。②由于离心力随旋转半径而变化，致使离心沉降速度也随粒径所处的位置而变。③离心沉降速度在数值上远大于重力沉降速度。K=r0?离心加速度与重力加速度的比值（离心分离因数）Kc：大小可以人为调节g8

8 Ѣ dcⱘ乫㉦г㛑㹿ᅠܼএ䰸DŽ Ǐᴀ䆆ᇣ㒧ǐ ᴀ䆆Џ㽕䆆њ䞡࡯≝䰡ⱘ෎ᴀॳ⧚੠Ⳍ݇䅵ㅫˈ㽕∖ᥠᦵ乫㉦≝䰡䗳ᑺⱘ䅵ㅫǃ᳔໻໘ ⧚⌕䞣੠㛑໳ᅠܼএ䰸ⱘ᳔ᇣ乫㉦Ⳉᕘⱘ䅵ㅫDŽ Ǐ԰Ϯǐ P236, 9ˈ10 Ǐᴀ䆆䇒⿟ⱘᓩܹǐ ᇚ⌕ԧ㕂Ѣ⾏ᖗ࡯എЁˈձ䴴⾏ᖗ࡯ⱘ԰⫼ᴹᅲ⦄乫㉦⠽Ң⌕ԧЁ≝䰡ߚ行ⱘ䖛⿟े⾏ ᖗ≝䰡DŽϔ㠀ᴹ䇈ˈ⾏ᖗ≝䰡ⱘᬜ⥛㽕催Ѣ䞡࡯≝䰡DŽ Ǐᴀ䆆䇒⿟ⱘݙᆍǐ §6-3 ⾏ᖗ≝䰡 ϔǃ⾏ᖗ࡯എЁ乫㉦ⱘ≝䰡ߚᵤ བ೒᠔⼎ˈ؛䆒৿᳝乫㉦⠽ⱘ䴲ഛⳌ⌕ԧ໘Ѣ⾏ᖗ࡯എЁˈ乫㉦Ϣ⌕ ԧϔ䍋ҹ㾦䗳ᑺ¹ೈ㒩Ёᖗ䕈ᮟ䕀DŽ䆒ᶤϔ䋼䞣Ў mǃᆚᑺЎ²pǃ㉦ᕘЎ dp ⱘ⧗ᔶ乫㉦໘ѢϢЁᖗ䕈ⱘ䎱⾏Ў r ⱘ⾏ᖗഎЁˈ߭䆹乫㉦ফࠄⱘᛃᗻ⾏ ᖗ࡯Ў 2 3 2 6 1 Fc mrZ S d P U P rZ DŽᛃᗻ⾏ᖗ࡯ⱘ԰⫼ᮍ৥Ў⊓ᕘ৥৥໪DŽ ৠᯊ乫㉦ফࠄᴹ㞾਼ೈ⌕ԧⱘ⍂࡯ Fbˈ݊໻ᇣㄝѢᆚᑺЎ²ⱘৠԧ⿃⌕ԧ೼䆹ԡ㕂᠔ফⱘᛃ ᗻ⾏ᖗ࡯݊ˈᮍ৥ᣛ৥Ёᖗ䕈DŽ 3 2 6 1 Fb S d P U rZ DŽ བᵰ乫㉦ⱘᆚᑺ໻Ѣ⌕ԧⱘᆚᑺˈ߭乫㉦೼˄Fc—Fb˅ⱘ԰⫼ϟ⊓ᕘ৥৥໪䖤㸠ˈডПˈ ߭৥Ёᖗ䕈䖤ࡼDŽ⬅Ѣ乫㉦Ϣ⌕ԧП䯈ⱘⳌᇍ䖤ࡼˈ乫㉦䖬Ӯ೼䖤ࡼ䖛⿟Ёফࠄԧ⌕䰏࡯ FD ⱘ԰⫼DŽ䆒乫㉦᠔ফⱘޔ⫼԰࡯Ў Fˈᑊѻ⫳ࡴ䗳ᑺ dt du ˈ߭乫㉦Ϣ⌕ԧП䯈ѻ⫳Ⳍᇍ䖤ࡼˈ 乫㉦䖬Ӯফࠄᴹ㞾⌕ԧⱘ䰏࡯᳇˄࡯˅FD ⱘ԰⫼DŽབᵰ䖭ϝ乍࡯㛑䖒ࠄᑇ㸵ˈ߭ du/dt=0 ℸᯊ 乫㉦೼ℸԡ㕂Ϟⱘ⾏ᖗ≝䰡䗳ᑺ˖ ˖߿䰡ⱘऎ≝࡯Ϣ䞡 ķ≝䰡ᮍ৥ϡᰃ৥ϟˈ㗠ᰃ৥໪ˈे㚠⾏ᮟ䕀ЁᖗDŽ ĸ⬅Ѣ⾏ᖗ࡯䱣ᮟ䕀ञᕘ㗠ব࣪ˈ㟈Փ⾏ᖗ≝䰡䗳ᑺг䱣㉦ᕘ᠔໘ⱘԡ㕂㗠বDŽ Ĺ⾏ᖗ≝䰡䗳ᑺ೼᭄ؐϞ䖰໻Ѣ䞡࡯≝䰡䗳ᑺDŽ ⾏ᖗࡴ䗳ᑺϢ䞡ࡴ࡯䗳ᑺⱘ↨ؐ˄⾏ᖗߚ಴行᭄˅Kc˖ ໻ᇣৃҹҎЎ䇗㡖 Z r 2 1 3 22 ( ) 6 42 cbD PP D P FFFF u d r Cd du m dt S U S U UZ   D P P tc C d r u U U U Z 3 4( ) 2  g r Kc 2 Z

离心沉降分离设备有两种型式：旋流器和离心沉降机。旋流器的特点：设备静止，流体在设备中作旋转运行而产生离心作用。Kc一般在几十，数百。离心沉降机的特点：装有液体混合物的设备本身高速旋转并带动液体一起旋转，从而产生离心作用。Kc可以高达数十万。二、旋流器工作原理旋风分离器：用于气体非均相混合物分离旋流分离器：用于液体非均相混合物分离（一）旋风分离器旋风分离器在工业上的应用已有近百年的历史。旋风分离器结构简单、操作方便，在环境工程领域也应用广泛。在大气污染控制工程中，作为一种常用的除尘装置，主要用于去含先一气体一除大气中的粉尘，常称为旋风除尘器。1.基本操作原理本事旋风分离器中的惯性离心力是由气体进入口的切向速度产生V的。离心加速度为rm02=ui2/rm，其中rm为平均旋转半径水HdpPpu/n=mr.0对6分离因数大小为5～2500，一般可分离气体中直径为5~75m的粉尘。-2.主要分离性能指标尘粒★表示旋风分离器的分离性能的主要指标有临界直径和分离效率。（1）临界直径临界直径是指在旋风分离器中能够从气体中全部分离出来的最小颗粒的直径，用dc表示。为分析简单，对气体和颗粒在筒内的运动作如下假设：①气体进入旋风分离器后，规则地在筒内旋转N圈后进入排气筒，旋转的平均切线速度等于入口气体速度ui。②颗粒在筒内与气体之间的相对运动为层流。③颗粒在沉降过程中所穿过的气流最大厚度等于进气口宽度B。根据颗粒离心沉降速度方程式，假设气体密度<<颗粒密度，相应于临界直径dc的颗粒沉降速度为：mo'd,- Ppd.u?1 Pp-pu, =18μ18μrm根据假设③，颗粒最大沉降时间为：B_18urmBtr：u,dppu,若气体进入排气管之前在筒内旋转圈数为N，则运行的距离为2rmN，故气体在筒内的停留时间为2元mNt#u,a

9 ⾏ᖗ≝䰡ߚ行䆒໛᳝ϸ⾡ൟᓣ˖ᮟ⌕఼੠⾏ᖗ≝䰡ᴎDŽ ᮟ⌕఼ⱘ⡍⚍˖䆒໛䴭ℶˈ⌕ԧ೼䆒໛Ё԰ᮟ䕀䖤㸠㗠ѻ⫳⾏ᖗ԰⫼DŽKc ϔ㠀೼޴क̚ ᭄ⱒDŽ ⾏ᖗ≝䰡ᴎⱘ⡍⚍˖㺙᳝⎆ԧ⏋ড়⠽ⱘ䆒໛ᴀ䑿催䗳ᮟ䕀ᑊᏺࡼԧ⎆ϔ䍋ᮟ䕀ˈҢ㗠ѻ ⫳⾏ᖗ԰⫼DŽKc ৃҹ催䖒᭄कϛDŽ Ѡǃᮟ⌕఼Ꮉ԰ॳ⧚ ᮟ亢ߚ⫼˖఼行Ѣ⇨ԧ䴲ഛⳌ⏋ড়⠽ߚ行 ᮟ⌕ߚ⫼˖఼行Ѣ⎆ԧ䴲ഛⳌ⏋ড়⠽ߚ行 ˄ϔ˅ᮟ亢ߚ఼行 ᮟ亢ߚ೼఼行ᎹϮϞⱘᑨ⫼Ꮖ᳝䖥ⱒᑈⱘग़৆DŽᮟ亢ߚ఼行㒧ᵘ ㅔऩǃ᪡԰ᮍ֓ˈ೼⦃๗Ꮉ⿟乚ඳгᑨ⫼ᑓ⊯DŽ ೼໻⇨∵ᶧ᥻ࠊᎹ⿟Ёˈ԰Ўϔ⾡ᐌ⫼ⱘ䰸ᇬ㺙㕂ˈЏ㽕⫼Ѣএ 䰸໻⇨Ёⱘ㉝ᇬˈᐌ⿄Ўᮟ亢䰸ᇬ఼DŽ 1. ෎ᴀ᪡԰ॳ⧚ ᮟ亢ߚ఼行Ёⱘᛃᗻ⾏ᖗ࡯ᰃ⬅⇨ԧ䖯ܹষⱘߛ৥䗳ᑺ ui ѻ⫳ ⱘDŽ ⾏ᖗࡴ䗳ᑺЎ rmȦ2˙ui2 /rmˈ݊Ё rm Ўᑇഛᮟ䕀ञᕘ ߚ಴行᭄໻ᇣЎ 5̚2500ˈϔ㠀ৃߚԧ⇨行ЁⳈᕘЎ 5̚75 m ⱘ㉝ᇬDŽ 2. Џ㽕ߚ行ᗻ㛑ᣛᷛ 㸼⼎ᮟ亢ߚ఼行ⱘߚ行ᗻ㛑ⱘЏ㽕ᣛ᳝ᷛЈ⬠Ⳉᕘ੠ߚ行ᬜ⥛DŽ (1) Ј⬠Ⳉᕘ Ј⬠Ⳉᕘᰃᣛ೼ᮟ亢ߚ఼行Ё㛑໳Ң⇨ԧЁܼ䚼ߚ行ߎᴹⱘ᳔ᇣ乫㉦ⱘⳈᕘˈ⫼ dc 㸼 ⼎DŽ Ўߚᵤㅔऩˈᇍ⇨ԧ੠乫㉦೼ㄦݙⱘ䖤ࡼ԰བϟ؛䆒˖ ķ⇨ԧ䖯ܹᮟ亢ߚˈৢ఼行㾘߭ഄ೼ㄦݙᮟ䕀 N ೜ৢ䖯ܹᥦ⇨ㄦˈᮟ䕀ⱘᑇഛߛ㒓䗳ᑺ ㄝѢܹষ⇨ԧ䗳ᑺ uiDŽ ĸ乫㉦೼ㄦݙϢ⇨ԧП䯈ⱘⳌᇍ䖤ࡼЎሖ⌕DŽ Ĺ乫㉦೼≝䰡䖛⿟Ё᠔こ䖛ⱘ⇨⌕᳔໻८ᑺㄝѢ䖯⇨ষᆑᑺ BDŽ ḍ᥂乫㉦⾏ᖗ≝䰡䗳ᑺᮍ⿟ᓣˈ؛䆒⇨ԧᆚᑺ<<乫㉦ᆚᑺˈⳌᑨѢЈ⬠Ⳉᕘ dc ⱘ乫㉦≝ 䰡䗳ᑺЎ˖ ḍ᥂؛䆒Ĺˈ乫㉦᳔໻≝䰡ᯊ䯈Ў˖ 㢹⇨ԧ䖯ܹᥦ⇨ㅵПࠡ೼ㄦݙᮟ䕀೜᭄Ў Nˈ߭䖤㸠ⱘ䎱⾏Ў 2 rmNˈᬙ⇨ԧ೼ㄦݙⱘ 䯈Ў⬭ᯊذ 2 2 18 c P i m t d u r B u B t U P ≝ c m P P i m F mr d u /r 6 2 1 3 2 Z S U m P c i m P P t r d u u r d P U Z P U U 18 18 1 2 2 2 2  i m u r N t 2S ذ

9μBd. =令t沉=t停，得：Vu,PpN般旋风分离器以圆筒直径D为参数，其它参数与D成比例，B=D/4。D增加，dc增大，分离效率减少。例6.3.1已知某标准型旋风分离器的圆简部分直径D=400mm入口高度hi=D/2，入口宽度B=D/4，气体在旋风器内旋转的圈数为N=5，分离气体的体积流量为1000m/h，气体的密度为0.6kg/m，黏度为3.0×10~Pa·S，气体中粉尘的密度为4500kg/m，求旋风分离器能够从气体中分离出粉尘的临界直径。解：气体的入口速度（平均切线速度）为1000u,==3600=13.9m/sBh.0.2x0.1将μ=3.0×10Pa*s,B=0.1m,N=5，pp=4500kg/m，u=13.9m/s，代入式（6-3-9)，得9×3×10-5×0.1d.:=5.2x10~m=5.2μm元×5×13.9×4500D-B_D=0.15m检验：rm28(5.2×10-6）×4500×13.92d?ppu?=0.29m/su:18×3×10-×0.1518μrmd.u,P_5.2×106×0.29×0.62=0.03<2Rep=3×10-5u所以，在层流区，符合斯托克斯公式，计算正确。(2）分离效率总效率：指进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率。粒级效率：表示进入旋风分离器的粒径为di的颗粒被分离下来的质量分率。总效率表示旋风分离器的分离效果，总的除尘效果。但并不能准确地代表旋风分离器的分离效率。总效率相同的两台旋风分离器，其分离性能却可能相差很大。粒级效率更能准确地表示旋风分离器的分离效率。1.00.8粒级效率曲线是粒级效率与颗粒粒径的0.6关系。本装0.4（二）旋流分流器旋流分离器用于分离悬浮液，在结构和0.2操作原理上与旋风分离器类似。0.1旋流分离器的特点：0.11.0246810①形状细长，直径小，圆锥部分长，有粒径比d/dso利于颗粒分离。6-3-4②中心经常有一个处于负压的气柱，有利提高分离效果。10

10 Ҹ t ≝=t ذˈᕫ˖ ϔ㠀ᮟ亢ߚ఼行ҹ೚ㄦⳈᕘ D Ўখ᭄ˈ݊ᅗখ᭄Ϣ D ៤↨՟ˈB=D/4DŽ D ๲ࡴˈdc ๲໻ˈߚ行ᬜ⥛ޣᇥDŽ (2) ߚ行ᬜ⥛ ᘏᬜ⥛˖ᣛ䖯ܹᮟ亢ߚ఼行ⱘܼ䚼㉝ᇬЁ㹿ߚ行ϟᴹⱘ㉝ᇬⱘ䋼䞣ߚ⥛DŽ ㉦㑻ᬜ⥛˖㸼⼎䖯ܹᮟ亢ߚ఼行ⱘ㉦ᕘЎ di ⱘ乫㉦㹿ߚ行ϟᴹⱘ䋼䞣ߚ⥛DŽ ᘏᬜ⥛㸼⼎ᮟ亢ߚ఼行ⱘߚ行ᬜᵰˈᘏⱘ䰸ᇬᬜᵰDŽԚᑊϡ㛑ޚഄ⹂ҷ㸼ᮟ亢ߚ఼行ⱘ ߚ行ᬜ⥛DŽ ᘏᬜ⥛Ⳍৠⱘϸৄᮟ亢ߚ݊ˈ఼行ߚ行ᗻ㛑ैৃ㛑ⳌᏂᕜ໻DŽ㉦㑻ᬜ⥛᳈㛑ޚഄ⹂㸼⼎ ᮟ亢ߚ఼行ⱘߚ行ᬜ⥛DŽ ㉦㑻ᬜ⥛᳆㒓ᰃ㉦㑻ᬜ⥛Ϣ乫㉦㉦ᕘⱘ ݇㋏DŽ ˄Ѡ˅ᮟ⌕ߚ఼⌕ ᮟ⌕ߚ⫼఼行Ѣߚ 行⍂⎆ˈ೼㒧ᵘ੠ ᪡԰ॳ⧚ϞϢᮟ亢ߚ఼行㉏ԐDŽ ᮟ⌕ߚ఼行ⱘ⡍⚍˖ ķᔶ⢊㒚䭓ˈⳈᕘᇣˈ೚䫹䚼ߚ䭓ˈ᳝ DŽ⾏ߚѢ乫㉦߽ ĸЁᖗ㒣ᐌ᳝ϔϾ໘Ѣ䋳य़ⱘ⇨᷅ˈ᳝߽ᦤ催ߚ行ᬜᵰDŽ u N B d i P c S U 9P ՟ 6.3.1 Ꮖⶹᶤᷛޚൟᮟ亢ߚ఼行ⱘ೚ㄦ䚼ߚⳈᕘ D=400mmˈ ܹষ催ᑺ hi=D/2ˈܹষᆑᑺ B=D/4ˈ⇨ԧ೼ᮟ亢఼ݙᮟ䕀ⱘ೜ ᭄Ў N=5ˈߚԧ⇨行ⱘԧ⿃⌕䞣Ў 1000m3 /hˈ⇨ԧⱘᆚᑺЎ 0.6kg/m3ˈ咣ᑺЎ 3.0×10-5Pa ·sˈ⇨ԧЁ㉝ᇬⱘᆚᑺЎ 4500kg/m3ˈ∖ᮟ亢ߚ఼行㛑໳Ң⇨ԧЁߚ行ߎ33ᇬⱘЈ⬠Ⳉ ᕘDŽ 㾷˖⇨ԧⱘܹষ䗳ᑺ˄ᑇഛߛ㒓䗳ᑺ˅Ў 1000 3600 13.9 0.2 0.1 V i i q u Bh u m/s ᇚ ­=3.0×10-5Pa·sˈB=0.1mˈN=5ˈ²P=4500kg/m3ˈui=13.9 m/sˈҷܹᓣ˄6-3-9˅ˈᕫ 5 9 3 10 0.1 6 5.2 10 5 13.9 4500 dc S  uu u  u uu u m 5.2 Pm Ẕ偠˖ 3 0.15 2 8 m D B r D  m   2 6 2 2 2 5 5.2 10 4500 13.9 0.29 18 18 3 10 0.15 c Pi t m d u u r U P   u uu uu u m/s 6 5 5.2 10 0.29 0.6 Re 0.03 2 3 10 c t P d u U P   uu u  u ᠔ҹˈ೼ሖ⌕ऎˈヺড়ᮃᠬܟᮃ݀ᓣˈ䅵ㅫℷ⹂DŽ