礦大北京化工原理3-02

1、1第二節(jié)第二節(jié) 沉降過程沉降過程沉降沉降 在某種力場作用下，利用物料中分散相與連在某種力場作用下，利用物料中分散相與連續(xù)相間的密度差，使之發(fā)生相對運(yùn)動，密度大續(xù)相間的密度差，使之發(fā)生相對運(yùn)動，密度大(直直徑大徑大)的顆粒的顆粒定向地定向地移至收集面，實現(xiàn)分離。移至收集面，實現(xiàn)分離。電沉降電沉降重力沉降重力沉降力場力場沉降類型沉降類型 物物 系系 重力場重力場 自由沉降自由沉降 干擾沉降干擾沉降 氣氣-固、液固、液-固、固、氣氣-液、液液、液-液液 離心力場離心力場 離心沉降離心沉降 同上同上 電場電場 電除塵器電除塵器 電捕焦油器電捕焦油器顆粒極微者顆粒極微者 23-2-1 重力沉降重力沉降

2、一、一、沉降速度沉降速度( (一一) )球形顆粒的自由沉降球形顆粒的自由沉降 自由沉降自由沉降 顆粒沉降中不受外界的任何影響。顆粒沉降中不受外界的任何影響。將一粒表面光滑的剛性球形顆粒置于靜止的流體將一粒表面光滑的剛性球形顆粒置于靜止的流體中，顆粒中，顆粒 s 流體的流體的 ，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 重力場重力場 連續(xù)相連續(xù)相 分散相與連續(xù)相相互運(yùn)動產(chǎn)生分散相與連續(xù)相相互運(yùn)動產(chǎn)生 FdFgFb3當(dāng)顆粒和流體的種類確定后，當(dāng)顆粒和流體的種類確定后，重力重力及及浮力浮力(只與只與 s、d 和和 有關(guān)有關(guān))便為常量；便

3、為常量；阻力阻力的大小則的大小則隨著顆粒運(yùn)動的快慢變化。隨著顆粒運(yùn)動的快慢變化。 直徑為直徑為d 的顆粒，所受的三個力分別為：的顆粒，所受的三個力分別為：gdFsg 3)6/( gdFb 3)6/( 242222uduAFd 三力之和三力之和0時，時，顆粒產(chǎn)生加速度顆粒產(chǎn)生加速度 ddua maFFFdbg ddududgdss3223624)(6 (3-9a)FdFgFb4在靜止的流體中顆粒的沉降過程在靜止的流體中顆粒的沉降過程 u Fd a 000max 從顆粒沉降達(dá)到等速階段，理論上講需要從顆粒沉降達(dá)到等速階段，理論上講需要很長的時間，但達(dá)到很長的時間，但達(dá)到0.99ut需時很短，故可以

4、忽需時很短，故可以忽略加速段，認(rèn)為略加速段，認(rèn)為顆粒始終在等速顆粒始終在等速ut下運(yùn)動下運(yùn)動。 在在a=0，u=ut，由，由(3-9a) ： 3)(4 stdgu顯示：顯示：( s- ) 、d ut 。 FdFgFb ddududgdss3223624)(6 0 u Fd ,凈力凈力 a 逐漸逐漸 加速段加速段 ut Fd=FgFb0等速段等速段5(二二)阻力系數(shù)阻力系數(shù) 也是雷諾數(shù)也是雷諾數(shù)Ret (=dut / )的函數(shù)：的函數(shù)： 滯流區(qū)滯流區(qū)(斯托克斯定律區(qū)，斯托克斯定律區(qū)，10-4 Ret 1) =24/Ret (3-11) 過渡區(qū)過渡區(qū)(艾倫區(qū)艾倫區(qū), 1 Ret 103) =18.

5、5/Ret0.6 (3-12) 湍流區(qū)湍流區(qū)(牛頓定律區(qū)牛頓定律區(qū), 103 Ret 2 105) =0.106將將(3-11)(3-13) (3-10)，得到不同，得到不同Ret區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi)1. 滯流區(qū)滯流區(qū)ut的計算式：的計算式：2. 過渡區(qū)過渡區(qū)3. 湍流區(qū)湍流區(qū) 18)(2gdust (3-14)6 . 0Re)(27. 0tstgdu (3-15) gdust)(74. 1 (3-16)7各各ut下，流體對顆粒產(chǎn)生的流阻有不同影響：下，流體對顆粒產(chǎn)生的流阻有不同影響：滯流區(qū)滯流區(qū) 顆粒表面形成很薄的滯流邊界層，且不顆粒表面形成很薄的滯流邊界層，且不發(fā)生邊界層分離。發(fā)生邊界層分離。只存

6、在流體的只存在流體的粘性阻力粘性阻力= f (ut)湍流區(qū)湍流區(qū) 雖然邊界層仍為滯流，但其分離引起的形雖然邊界層仍為滯流，但其分離引起的形阻已占主導(dǎo)地位，阻已占主導(dǎo)地位，流阻流阻= f (ut2)。過渡區(qū)過渡區(qū) 介于滯、湍流間，介于滯、湍流間，粘、形阻均不可忽略粘、形阻均不可忽略。湍流邊界層區(qū)湍流邊界層區(qū) 此時，由于流體主體中的能量與邊此時，由于流體主體中的能量與邊界層中的能量交換強(qiáng)度增加，反而使邊界層的分界層中的能量交換強(qiáng)度增加，反而使邊界層的分離困難起來。形阻下降使離困難起來。形阻下降使 突然下降。突然下降。 8(三三)影響影響ut 的因素的因素 連續(xù)相為氣態(tài)的物系或單個顆粒在大空間的沉連

7、續(xù)相為氣態(tài)的物系或單個顆粒在大空間的沉降中，顆粒的沉降才能視為降中，顆粒的沉降才能視為“自由沉降自由沉降”。 當(dāng)連續(xù)相為液體或物系中顆粒的體積分率較高當(dāng)連續(xù)相為液體或物系中顆粒的體積分率較高時時“干擾沉降干擾沉降” 。此時影響。此時影響 ut 的因素有：的因素有： 顆粒的體積濃度顆粒的體積濃度 當(dāng)體積濃度當(dāng)體積濃度0.2%, 各各ut 的理論的理論計算值偏差計算值偏差 100 d 時，器壁效應(yīng)可略。時，器壁效應(yīng)可略。 顆粒形狀顆粒形狀 已知管壁表面已知管壁表面粗糙度粗糙度hf ；同樣，；同樣，顆粒形顆粒形狀狀越偏離球形，沉降時阻力也越大。越偏離球形，沉降時阻力也越大。 d 太小太小會會產(chǎn)生布朗

8、運(yùn)動產(chǎn)生布朗運(yùn)動, 當(dāng)當(dāng) d 10-4可忽略布朗運(yùn)動影響?？珊雎圆祭蔬\(yùn)動影響。 )/( 1 . 21Dduutt (3-17)10另外，另外，靜止靜止流動流動與顆粒同向不同速；與顆粒同向不同速；與顆粒反向。與顆粒反向。連續(xù)相：連續(xù)相：分散相：分散相： s ，顆粒作，顆粒作 運(yùn)動。運(yùn)動。 沉降沉降升浮升浮11（四）沉降速度的計算（四）沉降速度的計算 計算計算ut時，要通過時，要通過Ret確定使用哪一個公式，確定使用哪一個公式， 有有ut =f(Ret)?？梢圆捎萌缦路椒ㄟM(jìn)行計算?？梢圆捎萌缦路椒ㄟM(jìn)行計算。 1. 試差法試差法 當(dāng)求出的當(dāng)求出的ut與假設(shè)的與假設(shè)的ut在同一個在同一個Ret范圍內(nèi)，求范圍內(nèi)，求出的出的ut有效。有效。 2. 摩擦數(shù)群法摩擦數(shù)群法 可由可由d求求ut，或反之。設(shè)法消去，或反之。設(shè)法消去Ret中的中的ut無需無需試差，但離不開圖。該法便于計算非球形的試差，但離不開圖。該法便于計算非球形的ut 。 123. K 判據(jù)判據(jù)求求ut此法無