FD 3d pu ———斯托克斯（Stokes）定律
• ② 过渡区(2 ＜ Rep＜103)
开始发生边界层分离，颗粒后部形成旋涡——尾流→尾流 区压强低→形体阻力增大
C 18.5
D
Re
0.6 p
第一节 沉降分离的基本概念
• ③ 湍流区(103 ＜ Rep＜2×105) 形体阻力占主导地位，表面阻力可以忽略。阻力∝u2 ， 阻力系数与Rep无关。
• 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、黏度以 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。
第一节 沉降分离的基本概念
（一）球形颗粒的几何特性参数及流体阻力
体积： 表面积：
3.形状不规则颗粒的表征
形状不规则颗粒可以用颗粒当量直径和球形度来表征。
CD 0.44
• ④湍流边界区（ Rep>2×105） 阻力系数骤然下降，层流边界层→湍流边界层分离点后移， 尾流区收缩，形体阻力突然下降。
CD 0.1
第一节 沉降分离的基本概念
（二）不规则颗粒的几何特性参数及流体阻力
1.颗粒的当量直径
不规则形状颗粒的尺寸可以用与它的某种几何量相等的球 体颗粒的直径表示，该颗粒称为当量球形颗粒，其直径称 为颗粒的当量直径。
第一节 沉降分离的基本概念
层流区 过渡区 湍流区 湍流边界区
CD
24 Re p
CD 0.44
C 18.5
D
Re
0.6 p
CD 0.1
第一节 沉降分离的基本概念
• ①层流区(Rep<2) 表面曳力占主导地位，不发生边界层分离，曳力与速度成 正比，服从一次方定律。
CD
24Байду номын сангаасRe p
黏性流体对球体的低速绕流（也称爬流）时FD的理论式：
第六章 沉降
学习目的
1.沉降过程属于流体力学中的两相流动，通过本知识点学习， 能够运用颗粒与流体之间的相对运动规律达到非均相混合物 分离的目的； 2.掌握沉降过程(速率)计算方法； 3.掌握沉降设备过程有关计算，根据工艺要求和物系特性进 行沉降室设计和离心设备选型； 4.学习对复杂的工程问题进行简化处理的思路和方法。
第一节 沉降分离的基本概念
在环境领域沉降原理如何利用？
• 水与废水处理： 各种颗粒物（无机砂粒、有机絮体……）的沉降 比重较小絮体的上浮 油珠的上浮
• 气体净化： 粉尘、液珠……
混凝沉淀池
旋 风 除 尘 器
污泥离心脱水
第一节 沉降分离的基本概念
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。
溶液：精馏、萃取 均相混合物
混合气体：吸收、吸附
混合物
非均相
含雾气体 气态非均相
含尘气体
混合物
悬浮液
液态非均相 乳浊液
泡沫液
第II篇 分离过程原理
分离过程的分类？
• 机械分离：非均相混合体系（两相以上所组成的 混合物）
• 传质分离：均相混合体系 • 平衡分离过程（借助分离媒介，如溶剂或吸附 剂等，使均相混合体系变成两相系统） • 速率分离过程（在某种推动力下，利用各组分 扩散速率的差异实现组分分离）
第六章 沉降
了解内容
1.沉降分离的一般原理和类型； 2.离心沉降和其他沉降原理及其在其他方面的应用；
理解内容
1.流体阻力来源与阻力系数的概念； 2.影响沉降分离的因素分析。
重点掌握内容
1.掌握固体颗粒在流体中相对运动的基本规律；
2.掌握降尘室、旋风分离器等典型设备的基本结构、 操作方法及基本设计方法。
Vp
6
d
3 p
Ap
d
2 p
比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积
ap
A Vp
6 dp
第一节 沉降分离的基本概念
对于球形颗粒，流体阻力的计算方程：
FD
CD AP
u2
2
（6.1.10）
CD:阻力系数，是雷诺数的函数。 AP：颗粒的投影面积
CD f (ReP )
（6.1.11）
Re P
udP
…颗粒的雷诺数
第六章 沉降
难点内容
1.重力沉降速度的计算； 2.降尘室的工艺计算。
第一节 沉降分离的基本概念
本节的主要内容
一、沉降分离的一般原理和类型 二、流体阻力与阻力系数
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
流体： 液体 气体
重力场
离心力场
相对运动
电场
惯性力场
固体颗粒物
液珠
沉降表面：器底、 器壁或其他表面
重力沉降 离心沉降 电沉降 惯性沉降 扩散沉降
第一节 沉降分离的基本概念 沉降过程类型与作用力
沉降过程 作用力
特征
重力沉降 离心沉降 电沉降 惯性沉降 扩散沉降
重力 离心力 电场力 惯性力 热运动
沉降速度小，适用于较大颗粒分离 适用于不同大小颗粒的分离 带电微细颗粒（<0.1m）的分离 适用于10－20m以上粉尘的分离 微细粒子（<0.01m）的分离
分离在环境污染防治中的作用
• 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。
• 如在给水处理中需要从水源水中分离去除各种浊 度物质、细菌等。
• 在废气净化中，也需要分离废气中的粉尘等。
例：城市污水处理工艺
例：给水处理工艺
例：大气烟尘净化
第II篇 分离过程原理
混合物的分类
2.颗粒的形状系数
球形度φ
deV deS
2
与非球形颗粒体积相同的球形颗粒表面积
非球形颗粒表面积
1
在体积相同的各种形状的颗粒中，球形颗粒的表面积最小。
球形颗粒： φ=1 非球形颗粒：φ<1
正方体： φ=0.805 直径与高相等的圆柱：φ=0.874
大多数粉碎得到的颗粒：φ=0.6~0.7
第一节 沉降分离的基本概念
第六章 沉降
第II篇 分离过程原理
问题的出现？
混合体系
• 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）
第II篇 分离过程原理 环境净化与污染控制技术原理
隔离
分离
转化
混合污染体系
第II篇 分离过程原理
（1）等体积当量直径：体积等于不规则形状颗粒 体积的当量球形颗粒的直径
deV
3
6Vp
第一节 沉降分离的基本概念
（2）等表面积当量直径：表面积等于不规则形状颗粒 体积的当量球形颗粒的直径
deS
A
（3）等比表面积当量直径：比表面积等于不规则形状 颗粒体积的当量球形颗粒的直径
dea
6 a
第一节 沉降分离的基本概念