化工原理第4章.pptVIP

5.颗粒的沉降 5.1 概述 5.2颗粒的沉降运动 5.3沉降分离设备 5.1 概述 本章考察流固两相物系中固体颗粒与流体间的 相对运动。在流固两相物系中，不论作为连续相的 流体处于静止还是作莫种运动，只要固体颗粒的密 度 大于流体的密度 ，那么在重力场中,固体颗 粒将在重力方向上与流体做相对运动，在离心力场 中，则与流体作离心力方向上的相对运动。 5.2 颗粒的沉降运动 5.2.1 流体对固体颗粒的绕流 5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降 5.2.1 流体对固体颗粒的绕流 流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三 种情况： ①颗粒静止，流体对其做绕流； ②流体静止，颗粒作沉降运动； ③颗粒与流体都运动，但保持一定的相对运动。 （1）两种曳力—表面曳力和形体曳力 回顾第1章流体沿固体壁面流过的阻力分为两类：表 皮阻力（即表面摩擦阻力）和形体阻力（边界层分离产 生旋涡），绕流时颗粒受到流体的总曳力: （1）两种曳力—表面曳力和形体曳力 FD与流体 、 、相对流速 有关，而且受颗粒的形状与定向的影响，问题较为复杂。至今，只有几何形状简单的少数情况才可以得到FD的理论计算式。例如，粘性流体对球体的低速绕流（也称爬流）时FD的理论式即斯托克律（Stokes）定律为： 当流速较高时，Stokes定律不成立。因此，对一般流动条件下的球形颗粒及其其他形状的颗粒，FD的数值尚需通过实验解决。 （2）曳力（阻力）系数 对球形颗粒， 用因次分析并整理后可得： 球形颗粒 的曲线在不同的雷诺数范围内可用公式表示如下： 5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降 （1）沉降的加速段 将一个表面光滑的球形颗粒置于静止的流体中，若，颗粒在重力 的作用下沿重力方向作沉降运动，此时颗粒受到哪些力的作用呢？ 根据牛顿第二定律得： 5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降 （2）沉降的等速阶段 5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降 （3）颗粒的沉降速度 （4）其他因素对沉降速度的影响 ①干扰沉降 ②端效应 ③分子运动 ④非球形颗粒 5.3沉降分离设备 5.3.1重力沉降设备 5.3.2离心沉降设备 5.3.1重力沉降设备 （1）降尘室 停留时间 ： 沉降时间 ： 5.3.2离心沉降设备 5.3.2离心沉降设备 ②粒级效率 5.3.2离心沉降设备 5.3.2离心沉降设备 * * ，层流区，Sokes定律区： ，过渡区，Allen定律区： ，湍流区，Newton定律区： （2）曳力（阻力）系数 或者 ： 开始瞬间， ， 最大，颗粒作加速运动。 5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降 随 ， ,到某一数值 时，式（5-16）右边等于零，此时 ，颗粒将以恒定不变的速度 维持下降。此 称为颗粒的沉降速度或造端速度。对小颗粒，沉降的加速段很短，加速度所经历的距离也很小。因此，对小颗粒沉降的加速度可以忽略，而近似认为颗粒始终以 下降。 对球形颗粒，当 时，可得 式中： 因 与 有关，也与 有关，将不同区域的与的关系式（5-6）—式（5-8）分别带入上式，整理得： ，层流区（Sokes区） ，过渡区（Allen区） ，湍流区（Newton区） 5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降 5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降 ，至少 所以： （降尘室的设计原理） —含尘气体体积流量， 。气速 ，一般 应1 ，实际上为避免已沉下的尘粒重新被扬起， 往往取更低 。降尘室一般用于分离 的粗颗粒。 —降尘室底面积， 。 —颗粒的沉降速度， 。 应根据要分离的最小颗粒直径 决定。 5