第三章 流体-固体颗粒间的运动和流态化.

b. 分散相与连续相 分散相：处于分散状态的物质（如分散在流体中的固体 颗粒、液滴、气泡等），也称分散物质。 连续相：包围着分散相而处于连续状态的物质（如气态 非均相混合物中的气体、液态非均相混合物中 的液体），也称分散介质。 c. 非均相分离的目的 ① 回收分散物质：如海盐结晶后从母液中分离结晶盐。 ② 净化分散介质：如江水处理制备自来水。 ③ 环保：如化工厂污水处理
第三章 流体-固体颗粒间的运动和流态化
3.1 概述
混合物分为均相物系(物系内部组成均匀不存在相界面) 和非均相物系。 a. 非均相物系的分离 非均相指体系内包含互不相溶的两相或多相（物 系内部有隔开的相界面存在）。 气液相：如雾、泡沫液 气固相：如烟、含尘气体 液液相：如油水混合物、乳浊液 液固相：如泥浆、悬浮液 固固相：如矿石、泥砂
v -沉降速度;
为满足除尘要求，停留时间必须至少与沉降时间相等。
当
时,
即对一定物系，降尘室的处理能力只取决于降尘室 的底面积，而与高度无关。因此，降尘室设计成扁 平状，或在室内设置多层水平隔板。 式中沉降速度v可根据不同的雷诺数范围选择适当公式 计算。细小颗粒的沉降处于斯托克斯区，其沉降速度为
式中dp,min为降尘室能100%除去的最小颗粒直径。
降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效 率低，通常只适用于分离粒度大于50μm的粗颗粒，一 般作为预除尘使用。多层降尘室虽能分离较细的颗粒且 节省地面，但清灰比较麻烦。
降尘室面积计算
例4：欲用降尘室净化温度为20℃、流量为2500m3/h 的常压空气，空气中所含灰尘的密度为1800kg/m3，要 求净化后的空气中不含有直径大于10μm的尘粒，试求 所需沉降面积为多少？若降尘室底面的宽为2m，长为
③当 时，沉降形态为过渡态， 此时得到的沉降公式称为阿仑公式。
④沉降阻力系数与雷诺数的关系
4、重力沉降的应用
常用于直径0.1mm以上的颗粒，主要表现在以下几 个方面：
①气体的除尘：作为除尘的预处理，在沉降室内进行； ②悬浮液的增稠： ③固体物料的分级(同一物料不同直径的颗粒)：
④固体物料的分类(同一直径不同物料的颗粒) ：
离心沉降设备
用于除去>5～10m 颗粒
1、重力沉降设备(降尘室)
利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。
停留时间 ：任一流体质点从进入至离开降尘室的 时间间隔。
V -降尘室体积;
qV -流体体积流量;
A -降尘室底面积;
H -降尘室高度;
沉降时间 所需时间。
：位于降尘室最高点的颗粒降至室底
d. 常用的分离手段 ① 筛分：分离固固混合物。 ② 沉降：分离气固、液固混合物。 ③ 过滤：分离液固混合物。 ④ 离心分离：分离气固、液固混合物。
3.2 固体颗粒在流体中的运动-沉降
两相物系的沉降分离，指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。其中依靠重力的称为重力沉降， 依靠离心力的称为离心沉降。
假定：这里所指的沉降均指自由沉降：即当悬浮的 微小颗粒距器壁和其他颗粒有足够的距离，在沉降过 程中，颗粒的形状、尺寸不发生变化，颗粒间也不相 互黏合，颗粒与器壁或颗粒间不存在任何干扰。仅受 到颗粒本身的重力(或离心力)、浮力和流体阻力的作用， 各自独立完成的沉降。
一、重力沉降 1、静止流体中球形颗粒的重力沉降速度 沉降速度：颗粒在静止流体中沉降，当 合外力为零时，颗粒作匀速运动，此时 颗粒与流体的相对速度称为沉降速度。
度为1400kg/m3的流体中自由沉降6.0cm需要33s时间，
求该液体的粘度。
解：假设沉降处在斯托克斯区，
二、离心沉降
1、离心沉降速度 球形颗粒在离心力场中快速旋转，所得的离心力为：
所受到的浮力为：
所受到的阻力为：
颗粒在离心力场中沉降时没有匀速段，但小颗粒沉 降时加速度很小，可近似作匀速处理。
2、分离因数（离心力与重力之比）
表示在离心力作用下，引起颗粒沉降的力为其 本身重力的倍数。
f 越大，设备分离效率越高。
例3：硅胶微球密度为1800kg/m3,由常压500K热空气
夹带进入旋风分离器,进气流速15m/s,分离器中气体的 平均旋转直径为0.7m。问微球的离心沉降速度为多少？ 并与重力沉降相比较，微球直径为20μm。
三、影响沉降的因素
1、干扰沉降：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。由于干扰作用，实际沉降 速度小于自由沉降速度。 2、颗粒形状：测定非球形粒的沉降速度，用沉降速度 公式计算出粒径。此时，非球形颗粒的直径，称为当 量球径。 3 、壁效应：当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影 响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为 壁效应。
四、沉降设备 沉降分离的基础是悬浮液中颗粒在外力作用下的沉降运 动，而这又是以两相的密度差为前提的。悬浮颗粒的直 径越大、两相的密度差越大，使用沉降分离方法的效果 就越好。根据作用于颗粒上的外力不同，沉降分离设备 分为重力沉降和离心沉降两大类。

重力沉降设备
用于除去>75m以上颗粒

降尘室----气固体系 沉降槽----液固体系 旋风分离器----气固体系 旋液分离器----液固体系
例1：已算出直径为40μm的某小颗粒在20℃常压空气 中的沉降速度为0.08m/s,另一种直径为1mm的较大颗粒 的沉降速度为10m/s,试计算:（1）密度与小颗粒相同, 直径减半的颗粒,其沉降速度为多大?（2）密度与大颗 粒相同,直径加倍的颗粒,其沉降速度为多大?
例2：有一直径为2mm、密度为8000kg/m3的钢球在密
对于球形颗粒：
A ：垂直于运动方向的圆球 投影面积，即承受阻力的有 效面积，m2
代入:
2. 沉降的雷诺数 两种沉降形态：滞流沉降和湍流沉降。 滞流沉降：沉降速度较小，流动阻力主要来自流 体间的剪应力。 湍流沉降：沉降速度较大，流动阻力主要来自漩 涡和扰动。 沉降雷诺数：
为滞流，
为湍流，
为过渡形态。
3、沉降阻力系数 ①当 Re<1 时，沉降形态为滞流，此时
---斯托克斯公式，适用于小直径颗粒的沉降。
②当 Re>500 时，沉降形态为湍流，此时阻力系数接近 于一定值。
当 时，对球形颗粒： 对圆柱形颗粒： ，对圆盘形颗粒： 此时球颗粒的沉降。