环境工程原理-沉降(1)
环境工程原理-2-4流体与固体颗粒分离总结
Vs (n 1) Aut
环境与安全工程学院
环境工程原理
（二）离心沉降
（二）离心沉降
1、惯性离心力作用下的颗粒沉降速度
ut
4d p p ur2
3
r
滞流区
ut
d
2 p
p
18
u2 r
离心分离因数
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（2）曳力系数
层流区(10-4 Ret1) 过渡区(1 Ret 103，或500) 湍流区(103 Ret 2×105)
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ζ=24/Ret ζ=18.5/Ret0.6 ζ=0.44
环境工程原理
（一）重力沉降
（3）不同沉降区的沉降速度公式
层流区
ut
d
2 p
p 18
g
stocks公式 *
过渡区
ut 0.27
dp
( p)g
Ret0.6
Allen公式 *
湍流区
ut 1.74
dp p g
Newton公式 *
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环境工程原理
（一）重力沉降
2、球形度与当量直径 与非球形颗粒体积相等的球的表面积
s 非球形颗粒的表面积（真实的表面积）
uR
恒压
(V 2 V12 ) 2Ve (V V1) KA2 ( 1)
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环境工程原理
2
4、滤饼的洗涤速率与洗涤时间
横穿洗涤法
dV d
W
1 4
dV d
E
KA2 8(V Ve )
环境工程原理大型作业重力沉降室的设计
环境工程原理大型作业重力沉降室的设计重力沉降室是环境工程中常用的一种处理废水悬浮物的设备，具有结构简单、操作方便、运行稳定等特点。
下面将从设计原理、结构和工作原理三个方面进行具体介绍。
1.设计原理：重力沉降室利用重力对废水中的固体颗粒进行沉降分离。
当废水经过沉降室时，由于废水流速的减慢，使得固体颗粒由于自身重力的作用而向下沉降，最终沉积在重力沉降室底部，而清水则从沉降室上部流出。
2.结构设计：重力沉降室的结构应尽量简单，通常分为进水段、沉降段和出水段三部分。
进水段是废水进入沉降室的入口，通常设置在沉降室的一侧，进水段具有一定的宽度，以确保废水能够均匀地进入沉降室。
沉降段即为沉降室的主体部分，其宽度一般为进水段的2倍，以便让废水在沉降室内形成较大的沉降区域。
出水段通常设置在沉降室的另一侧，出水段的宽度与进水段相似，以保持废水流经重力沉降室时的稳定流速。
3.工作原理：当废水进入重力沉降室时，由于重力的作用，其中的固体颗粒会向下沉降，沿着沉降室的底部积累。
同时，为了保持较高的沉降效率，应适当增加沉降室的长度。
较轻的悬浮物则会随着上层水流一同流出沉降室，从出水段排出。
为了进一步提高沉降效果，可以在进水段和出水段之间设置泄流口，以控制进出水的流速，避免流速过快而影响沉降。
为了实现重力沉降室的设计，需要进行一定的工程计算和水力学分析。
首先需要确定废水的流量和水质特点，计算进水段、沉降段和出水段的尺寸和形状。
同时需要考虑沉降室的底部清污装置，以便定期清理沉积的悬浮物。
此外，还需要进行模拟或现场试验，验证设计的合理性，并对工程效果进行评估。
综上所述，重力沉降室的设计是环境工程中的一项重要内容，通过合理选择结构和参数，可以有效地去除废水中的悬浮物，提高水质的处理效果。
通过深入的设计和研究，我们可以进一步完善重力沉降室的性能和工作效率，提升其在环境工程领域的应用价值。
沉降的应用环境工程原理
沉降的应用环境工程原理1. 概述沉降是指土地或建筑物由于地下挖掘、填筑或负荷变化等原因而产生的下沉现象。
在应用环境工程中，沉降是一个重要的考虑因素，因为它可能会导致建筑物、道路和其他基础设施的结构破坏或功能受损。
本文将介绍沉降的应用环境工程原理，并通过列举相关原因和影响，帮助读者更好地理解沉降问题。
2. 沉降的原因沉降可以由各种原因引起，包括地下水位变化、地下挖掘、填土压实和荷载变化等。
以下是一些常见的导致沉降的原因：•地下水位变化：当地下水位发生变化时，土壤的含水量和密度也会发生变化，从而导致沉降。
例如，当地下水位下降时，土壤会失去水分，导致其体积缩小，进而引起沉降。
•地下挖掘：地下挖掘工程如地铁建设、隧道开挖等，会改变土体的力学性质，进而引起沉降。
•填土压实：在建设过程中，为了加固地基或填平地面，可能需要进行填土压实。
这样的过程会改变土壤的结构和性质，导致沉降。
•荷载变化：当建筑物或其他结构的荷载发生变化时，土壤会承受不同的力，从而引起沉降。
3. 沉降的影响沉降对应用环境工程有着重要的影响。
以下是一些常见的沉降影响：•结构破坏：沉降可能导致建筑物结构的破坏，例如裂缝、倾斜或坍塌等。
这对建筑物的安全性和使用寿命都会造成威胁。
•功能受损：沉降还可能影响到基础设施的功能，例如道路、桥梁和管道等。
沉降导致的地面不平度会影响交通流畅性，甚至会导致管道断裂或水流中断等问题。
•土壤液化：当土壤所受荷载达到一定程度时，可能会发生液化现象。
液化会导致土壤失去支撑力，从而进一步加剧沉降问题。
•环境影响：沉降还可能对环境造成一定的影响，例如地下水位的变化、土壤污染的扩散等。
4. 沉降的监测和预测沉降的监测和预测是应对沉降问题的重要手段。
以下是一些常见的监测和预测方法：•实地观测：通过在沉降区域设置监测点，并采用测量设备进行实时监测，可以获取沉降的变化情况。
•数值模拟：借助计算机模拟技术，可以预测在不同条件下的沉降情况。
环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答2流体与固体颗粒分离
s :固体颗粒密度，kg / m3; ui : 进口气速，m / s
(2)分离效率
0
C1 C2 C1
C1 : 旋风分离器进口气体含尘浓度，g / m3;
C2 : 旋风分离器出口气体含尘浓度，g / m3
(3)压强降
p
ui2 2
是比例系数，亦称为阻力系数，对标准旋风分离器 8.0
10、滤饼过滤的过滤阻力由哪些部分组成？ 答：滤饼过滤的阻力包括流体通过滤饼所受到的阻力以及流体通过过滤介质受到的阻力，其 中占起主导作用的是滤饼阻力。
11、滤饼过滤的过滤速度与推动力和阻力的关系如何表示？ 答：过滤速度＝推动力/阻力
也即： dV pc Ad rL
12、过滤常数有哪些，与哪些因素有关？
在一个透明的玻璃容器内用落球法测定液体的粘度：
透明玻璃容器内盛满待测液体，让小球在待测液体中下落，测定一定时间内小球下落的距离，
便可求得液体的粘度。
20、比较离心沉降和重力沉降的主要区别。 答：在惯性离心力场中进行的沉降称为离心沉降。相对两相密度差较小、颗粒密度较细的非 均相物系，离心沉降可大大提高沉降速度。而重力沉降则是在重力场中进行的沉降过程。
2废水中固体颗粒的去除在工业生产人类生活废水治理过程中排出的废水有相当一部分都含有一定量的固体颗粒应把这些废水中的固体颗粒去除废水才能进一步利用或排放这就需要应用非均相分离技3回收可利用的物质工业生产中常有许多固体颗粒分散在气体或液体中往往需要将其中一相去除而回收另一相如酿造废水中的糟渣的回收和在利用
18、分析说明决定降尘室除尘能力的主要因素。
答：单层降尘室的生产能力：Vs blut
生产能力只与沉降面积 bl 和颗粒的沉降速度 ut 有关，与降尘室高度 H 无关。
环境工程原理
1.2.3.简述土壤污染治理的技术体系。
处理技术利用的主要原理主要去除对象客土法隔离法清洗法（萃取法）吹脱法（通气法）热处理法电化学法焚烧法微生物净化法植物净化法稀释作用物理隔离（防止扩散）溶解作用挥发作用热分解作用、挥发作用电场作用（移动）燃烧反应生物降解作用植物转化、植物挥发、植物吸收/固定所有污染物所有污染物溶解性污染物挥发性有机物有机污染物离子或极性污染物有机污染物可降解性有机污染物重金属、有机污染物4.简述废物资源化的技术体系3.简述沉降分离的原理、类型和各类型的主要特征。
原理：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、器底或其他沉积表面，从而实现颗粒物与流体的分离。
4.比较重力沉降和离心沉降的主要区别。
与重力沉降相比，离心沉降有如下特征：①沉降方向不是向下，而是向外，即背离旋转中心②由于离心力随旋转半径而变化，致使离心沉降速率也随颗粒所处的位置而变，所以颗粒的离心沉降速率不是恒定的，而重力沉降速率则是不变的。
③离心沉降速率在数值上远大于重力沉降速率，对于细小颗粒以及密度与流体相近的颗粒的分离，利用离心沉降要比重力沉降有效得多。
④离心沉降使用的是离心力而重力沉降利用的是重力5.表面过滤与深层过滤的主要区别是什么？各自的定义？表面过滤: ①过滤介质的孔一般要比待过滤流体中的固体颗粒的粒径小②过滤时固体颗粒被过滤介质截留，并在其表面逐渐积累成滤饼③此时沉积的滤饼亦起过滤作用，又称滤饼过滤④通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速度较慢的情况。
深层过滤：①利用过滤介质间空隙进行过滤②通常发生在以固体颗粒为滤料的过滤操作中③滤料内部空隙大于悬浮颗粒粒径④悬浮颗粒随流体进入滤料内部，在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下颗粒附着在滤料表面上而与流体分开区别：表面过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速度较慢的情况，过滤介质的孔一般要比待过滤流体中的固体颗粒的粒径小。
环境工程原理名词解释
径， deS
A ；等
10.吸收过程类型： ⑴按溶质和吸收剂 之间发生的作用,
表面积当量直径：
dea
6 a
。
可分为 物理吸收 和 化学吸收 ； 物理吸收：在吸收
6.旋风分离器主要 剂中的溶解度大而
用于除去气体中颗 粒在 5m 以上的
被吸收； 化学吸收：溶质与
粉尘。反映旋风分 吸收剂发生化学反
离器的分离性能的 应而被吸收。
使边界层的溶质浓
⑴沉降方向不 有时层流，有时湍 上所受到的剪力称
少。
度大大高于主体溶 是向下，而是向外， 流，处于不稳定状 为剪切应力。
14.萃取剂的选择 液中的浓度，形成 即背离旋转中心； 态，称为过渡区； 流动阻力：流体具
原则应考虑一下几 由膜表面到主体溶
⑵离心力随颗 取决于外界干扰条 有“黏滞性” →流
3000 Kc 50000 ； 学讨论的主要问题
⑶超高速离心机： 是过程发生的 方
Kc 50000 。 Kc 为 分离因数。 8.过滤按过滤机理 可分为 表面过滤 和 深层过滤 ⑴表面过滤：采用
向、极限及推动 力。 12.相际传质的助 力全部集中在 两 层停滞膜中 ，即双 助力模型。（选择）
过滤介质的孔比过 13.传质总阻力包 滤流体中的固体颗 括 气模阻力 和
是 理 想 流 体 的 流 湍流时大，形体阻 1.按过滤机理分：
动。 （5）流动分 力较大。（2）物体 表面过滤和深层过
为两个区域。
表面的粗糙度的影 滤
边界层分离条件 ： 响：粗糙表面摩擦 2.按促使流体流动
黏性作用和存在逆 阻力大。但是，当 的推动力分：
压梯度是流动分离 表面粗糙促使边界 重力过滤：在水位
环境工程原理复习资料
第四章、质量传递1、传热过程主要有两种：强化传热、削弱传热2、热传递主要有三种方式：热传导、对流传热、辐射传热3、热传导：通过分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程4、对流传热：流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程（流体与固体壁面之间的热传递过程）5、自然对流传热：流体内部温度的不均匀分布形成密度差，在浮力的作用下流体发生对流而产生的传热过程。
6、强制对流传热：由于水泵、风机或其他外力引起流体流动而产生的传热过程。
7、辐射传热的过程：物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一个物体时，又被物体全部或者部分吸收而变成热能。
（不需要任何介质作媒体，可以在真空中传播）8、导热系数：反映温度变化在物体中传播的能力。
9、气体的导热系数随温度的升高而增高，在气体中氢气的导热系数最高。
10、液体的导热系数随温度的升高而减小（水和甘油除外）11、晶体的导热系数随温度的升高而减小（非晶体相反）12、多孔性固体的导热系数与孔隙率、孔隙微观尺寸以及其中所含流体的性质有关，干燥的多孔性固体导热性很差，通常作为隔热材料，但材料受潮后，由于水比空气的导热系数大得多，其隔热性能将大幅度下降，因此，露天保温管道必须注意防潮。
14、对流传热与热传导的区别：对流传热存在流体质点的相对位移，而质点的位移将是对流传热速率加快。
15、影响对流传热的因素：物理特征、几何特征、流动特征16、湍流边界层内，存在层流底层、缓冲层和湍流中心三个区域，流体处于不同的流动状态。
17、传热边界层：壁面附近因传热而使流体温度发生变化的区域（存在温度梯度的区域）18、传热过程的阻力主要取决于传热边界层的厚度19、普兰德数：分子动量传递能力和分子热量传递能力的比值20、对流传热系数大小取决于流体物性、壁面情况、流动原因、流动状况、流体是否相变等21、对流传热微分方程式可以看出，温度梯度越大，对流传热系数越大22、求解湍流传热的对流传热系数有两个途径：量纲分析法并结合实验、应用动量传递与热量传递的类似性建立对流传热系数与范宁摩擦因子之间的定量关系23、自然对流：在固体壁面与静止流体之间，由于流体内部存在温差而造成密度差，是流体在升浮力作用下流动。
环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答2流体与固体颗粒分离
5、颗粒和流体的哪些性质会影响到颗粒所受到的流体阻力，怎样影响？
答：由于
阻力 Fd
A
u 2 2
而
f (Ret )
Re t
dut
所以影响颗粒所受到的阻力，主要包括如下几个方面： (1) 颗粒特性：颗粒密度、尺寸、及形状； (2) 流体性质：主要指流体的密度和粘度。
6、简要分析颗粒在重力沉降过程中的受力情况。
层流区：
24 Ret
Re t
dut
湍流区： 0.44
由上式可知：在层流区，由流体粘度引起的表面摩擦力占主要地位，流体粘度与阻力系数成 正比；在湍流区，流体粘性对沉降速度已无影响，由流体在颗粒后半部出现的边界层分离所 引起的形体阻力占主要地位。
9、流体温度对颗粒沉降的主要影响是什么？ 答：通常，但颗粒在液体中沉降时，升温使液体粘度下降，可提高沉降速度。对气体，升高 温度，粘度增大，不利于沉降
18、分析说明决定降尘室除尘能力的主要因素。
答：单层降尘室的生产能力：Vs blut
生产能力只与沉降面积 bl 和颗粒的沉降速度 ut 有关，与降尘室高度 H 无关。
19、通过重力沉降过程可以测定颗粒和流体的哪些物性参数，请你设计一些测定方法。
答：根据颗粒沉降原理，可测定液体的粘度。
d
2(s )g 18ut
第二章 流体与固体颗粒分离
1、 简述沉降分离的原理、类型和各类型的主要特征。 答：沉降发生的前提条件是：分散相和连续相之间存在密度差，同时存在外力场的作用，以 造成两相的相对运动。
实现沉降操作的作用力可以分为重力或离心力，因此，沉降过程有重力沉降和离心沉降 两种方式。
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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