1、1目 录第一章 流体流动与输送机械（3）第一节 流体静力学（3）第二节 流体动力学（5）第三节 管内流体流动现象（7）第四节 流 体 流 动 阻力 （8）第五节 管路计算（11）第六节 流速与流量的测量（11）第七节 流体输送机械（13）第二章 非均相物系分离（20）第一节 概述2（20）第二节 颗粒沉降（21）第三节 过滤（24）第四节 过程强化与展望（26）第三章 传热（27）第一节 概述（27）第二节 热传导（28）第三节 对流传热（29）第四节 传热计算（33）第五节 辐射传热（35）第六节 换热器（37）第四章 蒸3发（39）第一节 概述（39）第二节 单效蒸发与真空蒸发（39）第三
2、节 多效蒸发（42）第四节 蒸发设备（43）第五章 气体吸收（44）第一节 概述（44）第二节 气液相平衡关系（47）第三节 单相传质（48）第四节 相际对流传质及总传质速率方程（51）第五节 吸收塔的计4算（53）第六节 填料塔（60）第六章 蒸馏（62）第一节 概述（62）第二节 双组分物系的气液相平衡（62）第三节 简单蒸馏和平衡蒸馏（64）第四节 精馏（66）第五节 双组分连续精馏的计算（66）第六节 间歇精馏（70）第七节 恒沸精馏与萃取精馏（70）第八节 板式5塔（70）第九节 过程的强化与展望（72）第七章 干燥（74）第一节 概述（74）第二节 湿空气的性质及湿度图（74）第三
3、节 干燥过程的物料衡算与热量衡算（76）第四节 干燥速率和干燥时间（79）第五节 干燥器（81）第六节 过程强化与展望（82）第八章 液液萃取（83）第一节 概 6述（83）第二节 液液相平衡（83）第三节 萃取过程计算（85）第四节 萃取设备（89）第五节 过程和设备的强化与展望（91）7第一章 流体流动第一节 流体静力学流体静力学主要研究流体处于静止时各种物理量的变化规律。1-1-1 密度单位体积流体的质量，称为流体的密度。),(Tpf液体密度 一般液体可视为不可压缩性流体，其密度基本上不随压力变化，但随温度变化，变化关系可从手册中查得。液体混合物的密度由下式计算：nmaa21式中， 为液
4、体混合物中 i 组分的质量分率；ia气体密度 气体为可压缩性流体，当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算RTpM一般在手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下的数值，若条件不同，则此值需进行换算。气体混合物的密度由下式计算：nm21式中， 为气体混合物中 i 组分的体积分率。i或 RTpMm其中 nmyy21式中， 为气体混合物中各组分的摩尔分率。对于理想气体，其摩尔分率 y 与体积分率 iy相同。1-1-2 压力流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，又称为压力。在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。8压力的单位 （1） 按压力的定义，其单位为 N
5、/m2，或 Pa；（2） 以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。标准大气压的换算关系：1atm = 1.013105Pa =760mmHg =10.33m H2O压力的表示方法 表压 = 绝对压力 大气压力真空度 = 大气压力 绝对压力1-1-3 流体静力学基本方程静力学基本方程：压力形式 )(2112zgp能量形式 z21适用条件：在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体。（1）在重力场中，静止流体内部任一点的静压力与该点所在的垂直位置及流体的密度有关，而与该点所在的水平位置及容器的形状无关。（2）在静止的、连续的同种液体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。液面上方压力变化时，液体内部
6、各点的压力也将发生相应的变化。（3）物理意义：静力学基本方程反映了静止流体内部能量守恒与转换的关系，在同一静止流体中，处在不同位置的位能和静压能各不相同二者可以相互转换，但两项能量总和恒为常量。应用： 1. 压力及压差的测量（1）U 形压差计gRp)(021若被测流体是气体，可简化为 021U 形压差计也可测量流体的压力，测量时将 U 形管一端与被测点连接，另一端与大气相通，此时测得的是流体的表压或真空度。（2）倒 U 形压差计9Rggp)(021（3）双液体 U 管压差计)(21CA2. 液位测量3. 液封高度的计算第二节 流体动力学1-2-1 流体的流量与流速一、流量 体积流量 VS 单位
7、时间内流经管道任意截面的流体体积， m3/s 或 m3/h。质量流量 mS 单位时间内流经管道任意截面的流体质量， kg/s 或 kg/h。二、流速 平均流速 u 单位时间内流体在流动方向上所流经的距离，m/ s。 质量流速 G 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，kg/（m 2s） 。相互关系：质量流量 mS kg/s mS=VS体积流量 VS m3/s质量流速 G kg/m2s (平均)流速 u m/s G=u1-2-2 定态流动与非定态流动流体流动系统中，若各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化，这种流动称之为定态流动；若流体在各截面上的有关物理量既随位置变化
8、，也随时间变化，则称为非定态流动。1-2-3 定态流动系统的质量守恒连续性方程mS=GA= /4d2GVS=uA= /4d2u圆管=常数（不可压缩流体） 常 数常 数21AuVS常 数221d101-2-4 定态流动系统的机械能守恒柏努利方程一、实际流体的柏努利方程以单位质量流体为基准：J/kgfe WpugzWpugz 22121 1以单位重量流体为基准：J/N=m fe hgzHgz 22121适用条件：（1）两截面间流体连续稳定流动；（2）适于不可压缩流体，如液体；对于气体，当 ，可用两截面的平均密度 m 计算。%201P二、理想流体的柏努利方程理想流体是指没有粘性（即流动中没有摩擦阻力
9、）的不可压缩流体。22121 pugzpugz22121表明理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、总压头为常数，三、柏努利方程的讨论（1）当系统中的流体处于静止时，柏努利方程变为21pgzz上式即为流体静力学基本方程式。（2）在柏努利方程式中， zg、 、 分别表示单位质量流体在某截面上所具有的位21up能、动能和静压能；而 We、 W f 是指单位质量流体在两截面间获得或消耗的能量。输送机械的有效功率： eseWmN输送机械的轴功率： 四、柏努利方程的应用应用柏努利方程时需注意的问题：11（1）截面的选取所选取的截面应与流体的流动方向相垂直，并且两截面间流体应是定态连续流动。截面宜选在已知
10、量多、计算方便处。截面的物理量均取该截面上的平均值。（2）基准水平面的选取基准水平面可以任意选取，但必须与地面平行。为计算方便，宜于选取两截面中位置较低的截面为基准水平面。若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选管中心线的水平面。（3）计算中要注意各物理量的单位保持一致，对于压力还应注意表示方法一致。第三节 管内流体流动现象1-3-1 流体的粘度一、牛顿粘性定律牛顿粘性定律表明流体在流动中流体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度之间的关系，其表达式为或 dyuAF.dyu.牛顿粘性定律适用于层流。粘度是度量流体粘性大小的物理量，一般由实验测定。物理意义：促使流体在与流动相垂直方向上产生单
11、位速度梯度时的剪应力。单 位：Pa.s，cp 1cp=10-3 Pa.s影响因素：温度与压力液体：T，；不考虑 p 的影响。气体：T，；一般在工程计算中也不考虑 p 的影响。剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律的流体，称为牛顿型流体；不符合牛顿粘性定律的流体称为非牛顿型流体。 运动粘度为粘度 与密度 的比值，单位为 m2/s，也是流体的物理性质。 1-3-2 流体的流动型态一、流体流动类型层流（或滞流） 流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，流体分为若干层平行向前流动，质点之间互不混合；湍流（或紊流） 流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时发生变
12、化，质点互相碰撞和混合。12二、流型判据雷诺准数（1-28）udReRe 为无因次准数，是流体流动类型的判据。（1） 当 Re2000 时，流动为层流，此区称为层流区；（2） 当 Re4000 时，一般出现湍流，此区称为湍流区；（3） 当 20004000 =f（Re，/d） W f, hf u 1-2（4）完全湍流区 Re Re c =f（/d）与 Re 无关 W f, hf u 2(阻力平方区) (虚线以上)四、非圆形管内的流动阻力 此时仍可用圆管内流动阻力的计算式，但需用非圆形管道的当量直径代替圆管直径。当量直径 Ade 44润 湿 周 边流 通 截 面 积1-4-2 局部阻力一、阻力系
13、数法将局部阻力表示为动能的某一倍数，或 2uWfguhf2式中 称为局部阻力系数，一般由实验测定。注意，计算突然扩大与突然缩小局部阻力时，u 为小管中的大速度。进口阻力系数 ，出口阻力系数 。5.0进 口1出 口二、当量长度法将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相同、长度为 的直管所产生的阻力即 el或 2udlWefgudhf2式中 称为管件或阀门的当量长度，也是由实验测定。el1-4-3 流体在管路中的总阻力当管路直径相同时，总阻力：2 udlWfff 或 lefff注意：计算局部阻力时，可用局部阻力系数法，亦可用当量长度法，但不能用两种方法重复计算。15第五节 管路计算1-5-1
14、简单管路在定态流动时, 其基本特点为：（1）流体通过各管段的质量流量不变，对于不可压缩流体，则体积流量也不变，即321SSV(2)整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和，即321ffff W计算可分为两类：设计型和操作型。计算中注意试差法的应用。1-5-2 复杂管路一、并联管路特点：（1）主管中的流量为并联的各支管流量之和，对于不可压缩性流体，则有321SSVV（2）并联管路中各支管的能量损失均相等，即fABfff WW321注意：计算并联管路阻力时，可任选一根支管计算，而绝不能将各支管阻力加和在一起作为并联管路的阻力。二、分支管路与汇合管路特点：（1）总管流量等于各支管流量之和，对于不可压
15、缩性流体，有21SSV（2）虽然各支管的流量不等，但在分支处 O 点的总机械能为一定值，表明流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损失之和必相等。fOCCfOBB WugzpWugzp 22 11第六节 流速与流量的测量1-6-1 测速管测速管测得的是流体在管截面某点处的速度，点速度与压力差的关系为：16pu2.用 U 形压差计测量压差时)(20. Rgu注意测速管安装时的若干问题。1-6-2 孔板流量计 孔板流量计是利用流体流经孔板前后产生的压力差来实现流量测量。孔速 )(200RgCu体积流量 )(000AVS质量流量 )(200RgCmS式中 C0 为流量系数或孔流系数， ， ， 常用值
16、为 C00.60.7。e,10Af孔板流量计的特点：恒截面、变压差，为差压式流量计。1-6-3 文丘里（Venturi）流量计文丘里流量计也属差压式流量计，其流量方程也与孔板流量计相似，即)(200RgACVS式中 CV 为文丘里流量计的流量系数（约为 0.980.99） 。文丘里流量计的能量损失远小于孔板流量计。1-6-4 转子流量计转子流量计是通过转子悬浮位置处环隙面积不同来反映流量的大小。环隙流速 fRAgVCu)(20体积流量 fRVs)(式中 CR 为流量系数，A R 为转子上端面处环隙面积。转子流量计的特点：恒压差、恒环隙流速而变流通面积，属截面式流量计。17转子流量计的刻度，是用
17、 20的水（密度为 1000kg/m3）或 20和 101.3kPa 下的空气（密度为 1.2kg/m3）进行标定。当被测流体与上述条件不符时，应进行刻度换算。在同一刻度下，两种流体的流量为)(1221fSV式中下标 1 表示标定流体的参数，下标 2 表示实际被测流体的参数。注意：转子流量计必须垂直安装；为便于检修，转子流量计应安装支路。第七节 流体输送机械1-7-1 离心泵一、离心泵的工作原理与构造1.工作原理 离心泵启动前，应先将泵壳和吸入管路充满被输送液体。启动后，泵轴带动叶轮高速旋转，在离心力的作用下，液体从叶轮中心甩向外缘。流体在此过程中获得能量，使静压能和动能均有所提高。液体离开叶
18、轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的静压能进一步提高，最后以高压沿切线方向排出。液体从叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成低压，在贮槽液面和泵吸入口之间压力差的作用下，将液体吸入叶轮。可见，只要叶轮不停地转动，液体便会连续不断地吸入和排出，达到输送的目的。气缚现象：离心泵启动前泵壳和吸入管路中没有充满液体，则泵壳内存有空气，而空气的密度又远小于液体的密度，故产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，此种现象称为气缚现象，表明离心泵无自吸能力。因此，离心泵在启动前必须灌泵
19、。2.离心泵的主要部件 叶轮 其作用为将原动机的能量直接传给液体，以提高液体的静压能与动能（主要为静压能） 。泵壳 具有汇集液体和能量转化双重功能。轴封装置 其作用是防止泵壳内高压液体沿轴漏出或外界空气吸入泵的低压区。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。二、离心泵的性能参数与特性曲线1. 性能参数 流量 Q 离心泵单位时间内输送到管路 系统的液体体积， m3/s 或 m3/h。18压头（扬程）H 单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量，J /N 或 m 液柱。效率 反映泵内能量损失，主要有容积损失、水力损失、机械损失。 轴功率 N 离心泵的轴功率是指由电机输入离心泵泵轴的功率， W 或
20、kW。离心泵的有效功率 Ne 是指液体实际上从离心泵所获得的功率。%10泵的有效功率： 或 gQHe102QHNe泵的轴功率为 或 N2. 特性曲线离心泵特性曲线是在一定转速下，用 20水测定，由 H Q、 N Q、 Q 三条曲线组成。（1） H Q 曲线：离心泵的压头在较大流量范围内随流量的增大而减小。不同型号的离心泵，HQ 曲线的形状有所不同。（2） N Q 曲线：离心泵的轴功率随流量的增大而增大，当流量 Q0 时，泵轴消耗的功率最小。因此离心泵启动时应关闭出口阀门，使启动功率最小，以保护电机。（3） Q 曲线：开始泵的效率随流量的增大而增大，达到一最大值后，又随流量的增加而下降。这说明离
21、心泵在一定转速下有一最高效率点，该点称为离心泵的设计点。一般离心泵出厂时铭牌上标注的性能参数均为最高效率点下之值。高效率区通常为最高效率的 92左右的区域。3. 影响离心泵性能的主要因素密度：Q 不变，H 不变， 基本不变，N；粘度：Q，H，N；转速：比例定律 32121212 )(;)(;nNnQ叶轮直径：切割定律 3212121 )(;)(;DHD19三、离心泵的工作点与流量调节1. 管路特性曲线 管路特性曲线表示在特定的管路系统中，输液量与所需压头的关系，反映了被输送液体对输送机械的能量要求。管路特性方程 2BQAHe其中 ，gpzA528dlge管路特性曲线仅与管路的布局及操作条件有关
22、，而与泵的性能无关。曲线的截距 A 与两贮槽间液位差 及操作z压力差 有关，曲线的陡度 B 与管路的阻力状况有关。高阻力管路系统的特性曲线较陡峭，p低阻力管路系统的特性曲线较平坦。2. 工作点 泵安装在特定的管路中，其特性曲线 与管路特性曲线 的交点称为离心泵QHQHe的工作点。若该点所对应的效率在离心泵的高效率区，则该工作点是适宜的。工作点所对应的流量与压头，可利用图解法求取，也可由管路特性方程： )(fe泵特性方程： QH联立求解。3. 流量调节 （1）改变管路特性曲线最简单的调节方法是在离心泵排出管线上安装调节阀。改变阀门的开度，就是改变管路的阻力状况，从而使管路特性曲线发生变化。这种改
23、变出口阀门开度调节流量的方法，操作简便、灵活，流量可以连续变化，故应用较广，尤其适用于调节幅度不大，而经常需要改变流量的场合。但当阀门关小时，不仅增加了管路的阻力，使增大的压头用于消耗阀门的附加阻力上，且使泵在低效率下工作，经济上不合理。（2）改变泵特性曲线通过改变泵的转速或直径改变泵的性能。由于切削叶轮为一次性调节，因而通常采用改HeQHQHMHQM QM泵 特 性 曲 线管 路 特 性 曲 线20变泵的转速来实现流量调节。这种调节方法，不额外增加阻力，且在一定范围内可保持泵在高效率下工作，能量利用率高。四、离心泵的汽蚀现象与安装高度1. 汽蚀现象汽蚀现象是指当泵入口处压力等于或小于同温度下
24、液体的饱和蒸汽压时，液体发生汽化，气泡在高压作用下，迅速凝聚或破裂产生压力极大、频率极高的冲击，泵体强烈振动并发出噪音，液体流量、压头（出口压力）及效率明显下降。这种现象称为离心泵的汽蚀。2. 汽蚀余量实际汽蚀余量 gpuNPSHV21允许汽蚀余量 )(1允允一般由泵制造厂通过汽蚀实验测定。泵正常操作时，实际汽蚀余量 必允)(NPS NPSH须大于允许汽蚀余量 ，标准中规定应大于 0.5m 以上。 允)(SH3. 离心泵的允许安装高度离心泵的允许安装高度是指贮槽液面与泵的吸入口之间所允许的垂直距离。10210fghgup允允100 fVgNPSHH允允 ）（根据离心泵样本中提供的允许汽蚀余量
25、，即可确定离心泵的允许安装高度。允)(实际安装时，为安全计，应再降低 0.51m。判断安装是否合适：若 低于 ，则说明安装合适，不会发生汽蚀现象，否则，实gH允g需调整安装高度。欲提高泵的允许安装高度，必须设法减小吸入管路的阻力。泵在安装时，应选用较大的吸入管路，管路尽可能地短，减少吸入管路的弯头、阀门等管件，而将调节阀安装在排出管线上。五、离心泵的类型与选用211.离心泵的类型按输送液体性质和使用条件，离心泵可分为以下几种类型：（1）清水泵：适用于输送各种工业用水以及物理、化学性质类似于水的其它液体。（2）耐腐蚀泵）：用于输送酸、碱、浓氨水等腐蚀性液体。（3）油泵：用于输送石油产品。（4）液
26、下泵：通常安装在液体贮槽内，可用于输送化工过程中各种腐蚀性液体。（5）屏蔽泵：用于输送易燃易爆或剧毒的液体。2. 离心泵的选用基本步骤：（1）确定输送系统的流量和压头一般液体的输送量由生产任务决定。如果流量在一定范围内变化，应根据最大流量选泵，并根据情况，计算最大流量下的管路所需的压头。（2）选择离心泵的类型与型号根据被输送液体的性质及操作条件，确定泵的类型；再按已确定的流量和压头从泵样本中选出合适的型号。若没有完全合适的型号，则应选择压头和流量都稍大的型号；若同时有几个型号的泵均能满足要求，则应选择其中效率最高的泵。（3）核算泵的轴功率若输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的轴功率，以选择
27、合适的电机。1-7-2 其它类型化工用泵一、往复式泵1. 往复泵（1） 往复泵的构造及工作原理主要部件：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排出阀。工作原理：依靠活塞的往复运动，吸入并排出液体。（2）往复泵的流量与压头单动泵流量 ASnQT当活塞直径、冲程及往复次数一定时，往复泵的理论流量为一定值。往复泵的压头与泵的几何尺寸无关，与流量也无关。往复泵具有正位移特性，即流量仅与泵特性有关，而提供的压头只取决于管路状况。（3）往复泵的流量调节22多采用旁路调节或改变活塞冲程或往复次数。往复泵适用于输送小流量、高压头、高粘度的液体，但不适于输送腐蚀性液体及有固体颗粒的悬浮液。2计量泵计量泵也为往复式泵，适用
28、于要求输送量十分准确的液体或几种液体按比例输送的场合。3隔膜泵为输送腐蚀性液体或悬浮液的往复式泵。二、旋转泵旋转泵包括齿轮泵和螺杆泵，其工作原理是依靠泵内一个或多个转子的旋转来吸液和排出液体。旋转泵与往复泵一样，也具有正位移特性，因此也采用旁路调节或改变旋转泵的转速，以达调节流量的目的。1-7-3 气体输送机械一、 离心式通风机1. 工作原理与结构离心式通风机的结构和单级离心泵相似，工作原理也与离心泵完全相同，藉蜗壳中叶轮旋转所产生的离心力将气体压力提高而排出。2. 性能参数与特性曲线流量（风量）Q 是指单位时间内通风机输送的气体体积，以通风机进口处气体的状态计， m3/s 或 m3/h。风压
29、 是指单位体积的气体流经通风机后获得的能量， J/m3 或 Pa。Tp212)(up静风压 s)(12动风压 k全风压 ksTp轴功率与效率10QNT23特性曲线一定型号的离心式通风机的特性曲线以 20、101.3kPa 的空气作为工作介质进行测定，包括全风压与流量 、静风压与流量 、轴功率与流量 和效率与流量QpTQpsQN四条线。3.离心式通风机的选用离心式通风机的选用与离心泵相仿，即根据输送气体的风量与风压，由通风机的产品样本来选择合适的型号。但应注意，通风机的风压与密度成正比，当使用条件与通风机标定条件（20、101.3kPa，空气的密度 1.2kg/m 3）不符时，需将使用条件下的风
30、压换算为0标定条件下的风压，才能选择风机。换算关系为2.100TTpp二、 往复式压缩机压缩机的一个工作过程是由膨胀、吸气、压缩和排出四个阶段组成的。 余隙系数 ：余隙体积 VA 与一个行程活塞扫过的体积（V C-VA）之比C容积系数 0：在一个压缩循环中，气体吸入的体积（V C-VB）与活塞扫过的体积（V C-VA）之比ACBV0对于多变压缩过程，二者关系1120kp容积系数 0 与压缩机的余隙系数 及压缩比（ ）有关。12p 余隙系数一定时，压缩比越大，容积系数越小； 压缩比一定时，余隙系数越大，容积系数越小。三、真空泵真空泵用于从设备内或系统中抽出气体，使其处于低于大气压下的状态。24第
31、二章 非均相物系分离第一节 概述混合物可以分为均相混合物和非均相混合物。非均相混合物的特点是在物系内部存在两种以上的相态，如悬浮液、乳浊液、含尘气体等。其中固体颗粒、微滴称为分散相或分散物质；而气体、液体称为连续相或分散介质。非均相物系分离的依据是连续相与分散相具有不同的物理性质，因此可以用机械的方法将两相分离。操作方式分为两种：（1）沉降分离 颗粒相对于流体（静止或运动）运动的过程称沉降分离。分为重力沉降、离心沉降。（2）过滤 流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称过滤。分为重力过滤、离心过滤、加压过滤和真空过滤，也可分为恒压过滤、先恒速后恒压过滤。2-1-1 非均相分离在工业中的
32、应用一、回收分散相二、净化连续相三、环境保护和安全生产2-1-2 颗粒与颗粒群的特性颗粒的特性1、球形颗粒体积 V= d3 表面积 S=d 2 比表面积 S/V=6/d 2、非球形颗粒工业上遇到的固体颗粒大多是非球形颗粒体积当量直径 de de= 3P6V表面积当量直径 des des = PS球形度（形状系数） s P25颗粒群的特性由大小不同的颗粒组成的集合体称为颗粒群。1、颗粒群粒径分布颗粒群的粒度组成情况即粒径分布。可用筛分分析法测定各种尺寸颗粒所占的分率。2、颗粒的平均粒径xinidx1a Gi3、颗粒的密度颗粒的真密度：当不包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积内颗粒的质量，kg/m
33、 3。堆积密度（表观密度）：当包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积内颗粒的质量，kg/m3。4、颗粒的粘附性和散粒性第二节 颗粒沉降2-2-1 颗粒在流体中的沉降过程颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三个力的作用：质量力 F、浮力 Fb、 、曳力 Fd 。对于一定的颗粒和流体，重力 Fg、浮力 Fb 一定，但曳力 Fd 却随着颗粒运动速度而变化。当颗粒运动速度 u 等于某一数值后达到匀速运动，这时颗粒所受的诸力之和为零 0db2-2-2 重力沉降及设备球形颗粒的自由沉降颗粒在重力沉降过程中不受周围颗粒和器壁的影响，称为自由沉降。固体颗粒在重力沉降过程中，因颗粒之间的相互影响而使颗粒不能正常沉
34、降的过程称为干扰沉降。球形颗粒在静止流体中沉降时，颗粒受到的作用力有重力、浮力和阻力。当合力为零时，颗粒相对于流体的运动速度 u=ut，u t 称为沉降速度，又称为“终端速度” 。ut = 3)(4sgd26其中 是颗粒沉降时的阻力系数。并且 是颗粒对流体作相对运动时的雷诺数 Ret 的函数=f(Ret)= f( )tdu与 Ret 的关系可由实验测定，如图 2-2 所示。图中将球形颗粒（ s=1）的曲线分为三个区域，即（1）滞流区 （ 10-40.2% 时，干扰沉降不容忽视。（3）器壁效应当容器较小时，容器的壁面和底面均能增加颗粒沉降时的曳力，使颗粒的实际沉降速度较自由沉降速度低。重力沉降设
35、备271、降尘室籍重力沉降从气流中除去尘粒的设备称为降尘室。气体的停留时间为 ul颗粒沉降所需沉降时间为 tth沉降分离满足的基本条件为 t 或 tuhl降尘室的生产能力为 tsblV多层降尘室的生产能力为 ts)1(n2、沉降槽籍重力沉降从悬浮液中分离出固体颗粒的设备称为沉降槽。如用于低浓度悬浮液分离时亦称为澄清器；用于中等浓度悬浮液的浓缩时，常称为浓缩器或增稠器。沉降槽适于处理颗粒不太小、浓度不太高，但处理量较大的悬浮液的分离。这种设备具有结构简单，可连续操作且增稠物浓度较均匀的优点，缺点是设备庞大，占地面积大、分离效率较低。2-2-3 离心沉降及设备离心沉降速度与颗粒在重力场中相似，颗粒
36、在离心力场中也受到三个力的作用，即惯性离心力、向心力和阻力。当三力平衡时，颗粒在径向上相对于流体的速度极为颗粒在此位置上的离心沉降速度 urRudu3)(42Tsr重力沉降速度计算式及所对应的流动区域仍可用于离心沉降，仅需将重力加速度 g 改为离心加速度 uT2/R 即可。如颗粒沉降过程属于层流 ut = Rud2Ts218)(应注意离心沉降速度 ur 随旋转半径 R 的变化而变化。离心分离因数 Kc 是离心分离设备的重要性能指标 guK2TtrcKc 值愈高，离心沉降效果愈好。28离心沉降设备1、旋风分离器构造及工作原理主体的上部为圆柱形筒体，下部为圆锥形。含尘气体切向进入旋风分离器，旋转过程中，颗粒在离心力的作用下被抛向器壁，与器壁撞击失去能量而落入锥底后，由排灰口排出。净化后的气体由顶部排气管排出。性能指标（1）临界粒径 dc旋风分离器能够分离出的最小颗粒直径称为临界粒径。iuNBdsc9标准旋风分离器，可取 N=5。（2）分离效率 总效率 120C粒级效率 ii12ix0（3）
