课程名称：环境工程原理摘要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二、流体阻力与阻力系数第二节重力沉降一、重力场中颗粒的沉降过程二、沉降速度的计算三、降分离设备第六章沉降第三节离心沉降一、离心力场中颗粒的沉降分析二、旋流器工作原理三、离心沉降机工作原理第四节其它沉降一、电沉降二、惯性沉降本讲的要求及重点难点：【目的要求】要求学生了解沉降分离的原理和类型，了解沉降分离设备的基本结构，了解离心沉降机的工作原理。掌握重力场中不同流动状态下颗粒沉降速度和粒径的计算，掌握沉降分离设备的工作原理，掌握旋风分离器和旋流分离器的基本操作原理，掌握旋流器临界直径和分离效率的相关计算，掌握电除尘器和惯性除尘器的结构和工作原理。【重点】重力场中不同流动状态下颗粒沉降速度的计算，沉降分离设备的基本结构和工作原理，旋流器工作原理，临界直径和分离效率的计算，电除尘器和惯性除尘器的结构和工作原理。【难点】重力场中不同流动状态下颗粒沉降速度的计算，沉降分离设备的基本结构和工作原理，旋流器工作原理，临界直径和分离效率的计算，离心沉降机的工作原理。内容【本讲课程的引入】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）。因此我们要学习分离过程原理。分离在环境污染防治中有非常重要的作用：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。分离过程包括机械分离和传质分离。机械分离是针对非均相混合体系，比如沉降、过滤，分别为第六、七章内容：传质分离是针对均相混合体系，包括平衡分离过程（如第八章吸收，第九章吸附，第十章中的萃取）和速率分离过程（第十章的离子交换、膜分离）。所以第二篇内容如下：第六章沉降；第七章过滤：第八章吸收；第九章吸附；第十章其他分离过程
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【本章课程的内容】第II篇分离过程原理第六章沉降86-1沉降分离的基本概念一、沉降分离的一般原理和类型沉降：将含有颗粒物的流体（水或气体）置于某种力场（重力场、离心力场、电场或惯性力场等）中，使颗粒物与连续相的流体之间发生相对运动，沉降到器壁、器底或其它沉积表面，从而实现颗粒物与流体的分离。表6.1.1沉降过程类型与作用力沉降过程作用力特征重力重力沉降沉降速度小，适用于较大颗粒的分离离心沉降离心力适用于不同大小颗粒的分离电沉降电场力带电微细颗粒（<0.1μm）的分离惯性沉降惯性力适用于10-20μm以上粉尘的分离热运动扩散沉降微细粒子（<0.01um）的分离那么在环境领域沉降原理如何利用？比如水与废水处理中各种颗粒物（无机砂粒、有机絮体....）的沉降，比重较小絮体、油珠的上浮；气体净化中粉尘、液珠的去除。颗粒物或液珠在流体中运动，或者说是和流体之间发生相对运动，有了相对运动就有摩擦，那么颗粒物的运动对于流体来说是阻力，反过来，流体的运动对于颗粒物来说也是阻力。我们往往希望颗粒物在流体中又快又好的沉降，阻碍颗粒物沉降的力就是流体阻力就显得至关重要了，所以我们来讨论流体阻力。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。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p、黏度μ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。球形颗粒的尺寸常用以下物理量表征：V,-nd.体积球形颗粒4P6A= πd,表面积A6比表面积a=V.d,而非球形颗粒的形状可用形状系数-球形度Φ来表示。对于球形颗粒，球形度Φ=1；对于非球形颗粒，Φ<1。pu?对于球形颗粒，流体阻力的计算方程：F，=CpA。(6.1.10)2式中Cp阻力系数，由实验确定的阻力系数，无量纲，Cp=f(Rep)，2
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udp颗粒雷诺数Re，u一颗粒的投影面积Ap-105104N10310210球粒··圆片圆柱1.010-110-410-310-210-11.01010210310410510Rep【本讲课程的小结】本讲课主要讲了沉降分离的原理和类型以及球形颗粒流体阻力的通式，要求掌握沉降分离的基本原理、类型、作用力、特征等基本概念；对比流体流动阻力范宁公式理解球形颗粒的流体阻力的通式，为学习重力沉降、离心沉降做好准备，【思考题】(1)简要说明环境工程领域哪些处理单元涉及沉降分离过程。(②)颗粒的几何特性如何影响颗粒在流体中受到的阻力。(3)不同流态区，颗粒受到的流体阻力不同的原因是什么。【本讲课程的引入】重力沉降是最简单的沉降分离方法，在环境领域中的应用十分广泛，既可用于水与废水中悬浮颗粒的分离，如沉砂池、沉淀池，也可用于气体净化，去除废气中的粉尘，如重力降尘室。86-2重力沉降一、重力场中颗粒的沉降过程假设球形颗粒粒径为d、质量为m。沉速如何计算？我们先来对颗粒进行受力分析。元颗粒所受重力Fd,ppg63
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颗粒所受流体的浮力F,=d,pg6由于P，>P，则颗粒将受到一个向下的合力的作用。根据牛顿第二定律，颗粒将产生向du下运动的加速度，即F-F,=md在该加速度作用下，颗粒与流体之间产生相对运动，在运动过程中还会受到流体阻力作用，此时，颗粒所受的合力为F=F-F-F,颗粒在流体中开始沉降的瞬间，由于颗粒和流体之间没有相对运动，沉降速度U=0，流体阻力F,=0。随着颗粒的沉降，颗粒与流体之间的相对运动速度加大，流体阻力F也随之增大。经过很短的时间后，作用在颗粒上的重力、浮力和流体阻力三者达到平衡，即合力F=0，颗粒受力平衡，颗粒从此时开始以此时的速度做勾速下沉运动，这个速度称为颗粒的沉降速"e pu?d,p.g" d,pg-0度u，F=F-F,-F,=0，代入得：=0D4P2664(p,-p)d,g整理得颗粒终端沉降速度(6.2.5)u,=3pCD由于阻力系数与颗粒雷诺数之间的关系曲线可分为几个不同的区域，因此颗粒沉降速度的计算也需要按不同的区域进行。（1）层流区：Rep≤2C,=24/Rep1 P,-p。gd(6.2.6)斯托克斯（stokes）公式u,18A18.5（2）过渡区：2<Re<10°，CDRedo(p,-p)gd,Re.艾仑（A1len）公式u,=0.27）(6.2.7)p（3）流区：10<Re<2x10C=0.44(p,-p)gd,牛顿（Newton）公式u,=1.74(6.2.8)p通过以上公式，我们可以①了解影响颗粒沉速的因素（颗粒粒径）：②在已知的颗粒粒径条件下求沉降速度：③由颗粒沉降速度求颗粒粒径，如水处理中的沉降实验：④由颗粒沉降速度求液体黏度，如落球法测定黏度。二、沉降速度的计算1.试差法假设沉降属于某一区域一一计算颗粒沉速一一按求出的颗粒沉降速度u,计算Re，验证Re是否在所属的假设区域。如果在，假设正确；否则，需要重新假设和试算。2.磨擦数群法G与Re的关系曲线中，由于两坐标都含有未知数u，进行适当的转换，使其两坐标之一变成不包含u,的已知数群，则可以直接求解u。将颗粒沉速计算式（6.2.5)进行变换得到CD计算式：4
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101084P=0.125FAYy0.220H101070.60040.8061.000/X4H102106AWW1010WATARS310VY10-1103安XX=0.125410-21020.2200.6000.8061.000410~3106N42N10-110310*10212461010-1Rep3.无因次判据K用K判别沉降属于什么区域。？层流区：上限是Re=2紊流区：下限是ReP为1000例6.2.1：求直径为40μm，密度为2700kg/m的固体颗粒在20℃的常压空气中的自由沉降速度。已知20℃，常压状态下空气密度为1.205kg/m2，黏度为1.81×10-5Pa·s。解：（1）试差法假设颗粒的沉降处于层流区，并且由于Pp》p，所以由式（6.2.6）得：(pp-p)gdz_ 2700 x9.81x(40x10-0)2=0.13m/su, =18μ18×1.81×105
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