含尘气入
气体出
• 混合气切向入
──向下做螺旋旋
外 旋
转运动，颗粒在合
流 力作用下向下旋转
的同时，沿壁面做
沉降运动
尘粒出
含尘气入
气体出
尘粒出
内 • 气体向下达锥筒底
旋 流
部附近，转而向上旋
转上升，由中心排气
外
旋 流
管排出──形成外旋
流、内旋流(气芯)
• 外旋流是主要除尘
区，只要颗粒在排出
──终端速度即等速阶段速度── 沉降速度ut
颗粒的沉降速度
球形颗粒
du
d
0
即
du
d
P P
g
3 4dP P
u 2
0
u
4 gd
P
P
t
3
——通式
d
u
Pt
•层流区(Stokes区) ——颗粒较小时
Re<2，
u
gd 2
P
P
——斯托克斯公式
ζ =24/Re， t
18
•过渡区(Allen区) ：
r 2 u2
g gr
rω2——离心加速度 g——重力加速度
u=rω : 流体和颗粒的切向速度
α ：是反映离心分离设备性能的重要指标。
分离： 气－固非均相物系——旋风分离器 固体悬浮液——沉降或离心机
旋风分离器 演示 旋风分离器是利用离心沉降原理从气流中分离颗粒的 设备。
结构与操作原理(标准旋风分离器)
2<Re<500， ζ =18.5/Re 0.6
•湍流区(Newton区) —— 颗粒较大时
500<Re<×105， ζ ≈0.44
d g
u 1.74
P
P
t
—— 牛顿公式
沉降速度ut计算方法 计算ut时需先知道所在沉降区域──选择相应式计算。
试差法
设在层流区
计算ut
Re判断
no 设在过渡区
yes
结束 通常微小颗粒的沉降一般属层流区(Stokes区)
沉降速度的影响因素
（1）干扰沉降 发生于颗粒之间距离很小的情况下。多发生于非均 相物系的沉降过程（物系内部有两个以上相）。
当颗粒浓度↑，浮力 ↑ ── ut↓
（2）端效应（器壁效应）
容器壁对颗粒沉降有阻止作用 ，使实际沉降速度
ut<自由沉降速度。当D容器>100dp,可忽略影响。
球形度： s
s sp
s ──球形表面积 sp ──颗粒（非球形）表面积
0＜ s＜1
（5）液滴或汽泡的运动
液滴或气泡在曳力和压力作用下产生变形，使FD↑ 内部流体环流── FD ↓
5.3 沉降分离设备
沉降条件
非均相混合物流 沿一定途经从设 备入口流向出口
相对运动颗 粒向底面(或 沉积面)沉降
条件 τ停≥τ沉
5.2.2 静止流体颗粒的自由沉降
自由沉降
任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰。 自由沉降发生在流体中颗粒湍流的情况下，一般认为 混合物中颗粒的体积百分数不超过0.2时的沉降可看 成是自由沉降。
颗粒在沉降过程中受力
重
重力
Fg
mg
1 6
πd
3 p
pg
力 场 中
浮力
曳力
Fb FD
m p Ap
粗颗粒，一般用于预除尘。
⑸ 由下式可以确定：
已知qv、dmin──确定室尺寸LB
qv Aut
已知qv、LB──确定能100%除去 的最小颗粒dmin
已知LB，当100%除去的最小粒径定后 ──确定室的最大处理能力qvmax
⑹ 所谓最大生产能力指：
一定处理量qv─→dmin 一定dmin─→qvmax ──多层扁平沉降室(一般u<0.3m/s，dp>50μm)
g 1π 6
u2
2
d p3
g
重力
离心力 Fc mr 2
离心力 浮力 场中 曳力
Fb
m
p
r 2
FD
Ap
u2
2
r ── 颗粒作圆周运动的旋转半径
FD Fb
r
Fc
运 动 方 向
ω
ω── 颗粒的旋转角速度 m ── 颗粒的质量，球形颗粒 ρp ── 颗粒密度
m
1 6
d
3 p
p
Ap
4
d
2 p
—
（3）分子运动 当颗粒直径小到可与流体分子的平均自由程相比拟 时，颗粒可穿过快速运动的流体分子之间，沉降速 度可大于按斯托克斯定律的计算值。
对于dp<0.5μm的颗粒，沉降将受到流体分子热运动的 影响。在这种情况下，流体已不能当作连续介质，上述
关于颗粒所受曳力的讨论的前提已不再成立。
（4）球形度
球形或近球形比圆球形沉降快。
— 垂 直 沉 降 方 向 上 的 投影 面 积
据牛顿第二运动定律 F ma
重力场：
Fg
Fb
FD
m
du
d
或
du
d
P P
g
AP
2m
u2
球形颗粒
du
d
P P
g
3 4d
PP
u 2
沉降阶段
重力
加速段 Fg>Fb+FD， du/dτ> 0 等速段 Fg=Fb+FD ， du/dτ= 0
── u=ut
在达出口前 颗粒能达到 底面或沉积 面则被分离
特征
ut↓──τ沉↑ 为使颗粒沉降 τ停↑──设备尺寸↑
根据力场的不同，分离设备可分为 重力沉降设备 离心沉降设备。
5.3.1 重力沉降设备
重力沉降：受重力作用而发生沉降的过程。适用于分 离较大颗粒。
降尘室(气固沉降设备) 演示
L
简化模型：
B
① 长：宽：高
降尘室的最大生产能力： qv Aut
L B
•u
H ut
AH H qv ut
讨论 ⑴ 由 qv Aut ， 降尘室生产能力只与降尘室底面 积及沉降速度有关，而与高度无关，因此降尘室一 般设计成扁平形； ⑵在降尘室内设置隔板可增大底面积，提高生产能力， 若加1层隔板，则 生产能力增加 1倍；
若加n层隔板，则 生产能力增加n倍，
增稠器
演示
——连续式沉降器 澄清液体 增稠悬浮液
一般用于大流量、低 浓度悬浮液的处理。
旋转齿耙
烟道除尘 演示
湍球塔除尘器 演示
文丘里除尘器 演示
静电除尘器 演示
悬浮液 稠浆
澄清液
5.3.2 离心沉降设备
沉降运动理论── 离心沉降过程
重力沉降速度低──设备庞大。为提高沉降速度，可
以利用离心力场。
离心分离因数
u
＝L：B：H;
•u
H
② 流量为qV m3/s的气体
ut
入沉降室，均匀分布在截面上，以u平行流向出口;
③ 入口端气体中颗粒均匀分布在截面上。
降尘室底面积 A L B
颗粒在室内 随气流运动 沉降运动
u
气体通过时间： r （停留时间）
AH qv
沉降时间：
t
H ut
满足沉降的条件： τr≥τt
则
qv Aut
qv (n 1) Aut
⑶ 沉降速度应按完全分离下来的最小颗粒直径计算； 分离颗粒的粒径 d 时d，min理论上可以100％沉降除去 。
需分离颗粒的粒径 d dm时in 的沉降百分率为：
小颗粒分离％＝H % ut t % ut %源自Hut tut
⑷ 降尘室分离效率低，适于分离直径大于50μm的