第03章重力沉降详解
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工程地质与地基基础_03土中应力和沉降详解
第三章 地基应力和沉降
主要内容
§3.1 §3.2 §3.3 §3.4 §3.5 土中自重应力 基底压力 地基附加应力 土的压缩性 地基最终沉降量
1/32
§3.1
土中自重应力
自重应力：由于土体本身自重引起的应力
确定土体初始 应力状态
土体在自重作用下，在漫长的地质历史时期，已经压 缩稳定，因此，土的自重应力不再引起土的变形。但对 于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力引起的 变形。
二、偏心荷载作用下的基底压力
F+G
e e b l pmax pmin
作用于基础底面 形心上的力矩 M=(F+G)∙e
pmax pmin
F G M A W
基础底面的抵 抗矩；矩形截 面W=bl2/6
pmax pmin
F G 6e 1 bl l
9/32
讨论：
pmax pmin
x
附加应力系数
P K 2 z
z
z
1885年法国学者布 辛涅斯克解
3Pz3 3P 3 z cos q 5 2 2R 2R
15/32
附加应力分布规律 距离地面越深，附加应力的分布范围越广 在集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减 小 同一竖向线上的附加应力随深度而变化 在集中力作用线上，当z＝0时，σz→∞，随着深 度增加，σz逐渐减小 竖向集中力作用引起的附加应力向深部向四周无限 传播，在传播过程中，应力强度不断降低（应力扩 散）
n z /b m l /b
矩形基础角点 下的竖向附加 应力系数
b为基础短边
19/32
角点法计算地基附加应力Ⅰ
p III II
o
III
主要内容
§3.1 §3.2 §3.3 §3.4 §3.5 土中自重应力 基底压力 地基附加应力 土的压缩性 地基最终沉降量
1/32
§3.1
土中自重应力
自重应力：由于土体本身自重引起的应力
确定土体初始 应力状态
土体在自重作用下，在漫长的地质历史时期，已经压 缩稳定，因此，土的自重应力不再引起土的变形。但对 于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力引起的 变形。
二、偏心荷载作用下的基底压力
F+G
e e b l pmax pmin
作用于基础底面 形心上的力矩 M=(F+G)∙e
pmax pmin
F G M A W
基础底面的抵 抗矩；矩形截 面W=bl2/6
pmax pmin
F G 6e 1 bl l
9/32
讨论：
pmax pmin
x
附加应力系数
P K 2 z
z
z
1885年法国学者布 辛涅斯克解
3Pz3 3P 3 z cos q 5 2 2R 2R
15/32
附加应力分布规律 距离地面越深，附加应力的分布范围越广 在集中力作用线上的附加应力最大，向两侧逐渐减 小 同一竖向线上的附加应力随深度而变化 在集中力作用线上，当z＝0时，σz→∞，随着深 度增加，σz逐渐减小 竖向集中力作用引起的附加应力向深部向四周无限 传播，在传播过程中，应力强度不断降低（应力扩 散）
n z /b m l /b
矩形基础角点 下的竖向附加 应力系数
b为基础短边
19/32
角点法计算地基附加应力Ⅰ
p III II
o
III
3第三章-重力沉降法解析
流速度 • 沉淀时间1.5~2.0小时 • 适用：小水量。
其他辐流式沉淀池
辐流式沉淀池设计要点
• 沉淀池面积按过流率计算 A=Q/u • 池深按停留时间计算 H=ut • 污泥斗坡度0.05~0.10
旋流沉砂池 利用机械力掌握水流流态与流速、加速砂粒沉淀并
使有机物随水流走
1.電機 2.主軸 3.車葉 4.固定支架 5.排水孔 6.注氣管 7.注水管
高斯美 DP系列旋流沉砂池
沉淀池
• 沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式。 • 依据运行方式：分为间歇式、连续式 • 间歇式：进水、静置、排水 • 连续式：连续不断流入和排出 • 通常通常辐流式适合于大规模，竖流式适合于小规模，
取最大流量时水在池内的水平流速为0.1m/s， 则水流断面积A= Q/u＝1/ 0.1＝10〔m2〕
设计有效水深取2.5m，则池宽B＝10/2.5＝4〔m) 池长L ＝V/A＝180/10＝18〔m〕 取每立方污水所需曝气量为0.1m3空气，所需每小时总曝气量： q＝0.1(m3 air/m3 ww) × 1(m3 ww/s)× 3600 (s/hr)＝360m3
u0
Q A
q
q: 沉淀池的外表负荷或过 流率—单位时间内通过沉 淀池单位外表积的流量。
对于絮凝沉降: 颗粒间并聚变大或 ρ s增大, u也随之增大。其运动轨迹发生变化：
us L gd2 18
进
出
口
流
区
区
絮凝沉降颗粒运动轨迹
污泥区
但是，为保守起见，沉降效率依然按照：
(1x0)
x0 0
u u0
dx
沉砂池
• 去除污水中泥沙、煤渣等相对密度较大的无机颗粒 • 一般位于泵站之前或初沉池之前 • 使水泵、管道免受磨损和堵塞 • 减轻沉淀池的无机负荷 • 改善污泥的流淌性，以便于排放、输运。 • 工作原理：重力分别/离心力分别 • 设计原则与主要参数：传统设计针比照重为2.65、粒径为
其他辐流式沉淀池
辐流式沉淀池设计要点
• 沉淀池面积按过流率计算 A=Q/u • 池深按停留时间计算 H=ut • 污泥斗坡度0.05~0.10
旋流沉砂池 利用机械力掌握水流流态与流速、加速砂粒沉淀并
使有机物随水流走
1.電機 2.主軸 3.車葉 4.固定支架 5.排水孔 6.注氣管 7.注水管
高斯美 DP系列旋流沉砂池
沉淀池
• 沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式。 • 依据运行方式：分为间歇式、连续式 • 间歇式：进水、静置、排水 • 连续式：连续不断流入和排出 • 通常通常辐流式适合于大规模，竖流式适合于小规模，
取最大流量时水在池内的水平流速为0.1m/s， 则水流断面积A= Q/u＝1/ 0.1＝10〔m2〕
设计有效水深取2.5m，则池宽B＝10/2.5＝4〔m) 池长L ＝V/A＝180/10＝18〔m〕 取每立方污水所需曝气量为0.1m3空气，所需每小时总曝气量： q＝0.1(m3 air/m3 ww) × 1(m3 ww/s)× 3600 (s/hr)＝360m3
u0
Q A
q
q: 沉淀池的外表负荷或过 流率—单位时间内通过沉 淀池单位外表积的流量。
对于絮凝沉降: 颗粒间并聚变大或 ρ s增大, u也随之增大。其运动轨迹发生变化：
us L gd2 18
进
出
口
流
区
区
絮凝沉降颗粒运动轨迹
污泥区
但是，为保守起见，沉降效率依然按照：
(1x0)
x0 0
u u0
dx
沉砂池
• 去除污水中泥沙、煤渣等相对密度较大的无机颗粒 • 一般位于泵站之前或初沉池之前 • 使水泵、管道免受磨损和堵塞 • 减轻沉淀池的无机负荷 • 改善污泥的流淌性，以便于排放、输运。 • 工作原理：重力分别/离心力分别 • 设计原则与主要参数：传统设计针比照重为2.65、粒径为
《重力沉降》课件
重力沉降与生物技术结合
利用生物技术提高重力沉降的分离效果和环保性能。
感谢您的观看
THANKS
提高沉降效率的方法
增加沉降面积
通过增加沉降设备的沉降 面积，提高单位时间内处 理的物料量，从而提高沉 降效率。
优化进料方式
通过改进进料方式，减少 物料的流动阻力，降低颗 粒间的摩擦和碰撞，提高 沉降效果。
强化搅拌效果
通过加强搅拌，增加颗粒 间的碰撞和摩擦，促进颗 粒的凝聚和沉降。
新型沉降技术的研发
在土壤修复与改良中，重力沉降技术常与其他技术结合使用，如化学淋洗、植物修 复等。
04
重力沉降的影响因素
颗粒大小与密度
总结词
颗粒大小和密度是影响重力沉降的重要因素。
详细描述
颗粒的大小和密度决定了颗粒在流体中的沉降速度。一般来说，颗粒越大、密度越高，沉降速度越快 。颗粒间的相互作用也会影响沉降行为，例如颗粒间的碰撞和粘附作用。
02
重力沉降的物理模型
理想状态下的重力沉降模型
理想状态假设
假设颗粒在沉降过程中不受其他外力（如阻 力、浮力等）影响，只受重力作用。
自由沉降
颗粒在理想状态下仅受重力作用，不受其他 外力影响的沉降过程。
斯托克斯定律
在理想状态下，颗粒沉降速度与颗粒直径、 密度以及流体粘度有关，遵循斯托克斯定律 。
实际状态下的重力沉降模型
03
重力沉降的实际应用
工业废水处理
工业废水处理中的重力沉降技术主要用于去 除废水中的悬浮固体颗粒物，如颗粒物、纤 维、胶体等。
通过重力作用，这些颗粒物在废水中逐渐沉 降，与水分离，从而达到净化的目的。
工业废水处理中常用的重力沉降设备有沉淀 池、斜板沉淀池、悬浮澄清器等。
利用生物技术提高重力沉降的分离效果和环保性能。
感谢您的观看
THANKS
提高沉降效率的方法
增加沉降面积
通过增加沉降设备的沉降 面积，提高单位时间内处 理的物料量，从而提高沉 降效率。
优化进料方式
通过改进进料方式，减少 物料的流动阻力，降低颗 粒间的摩擦和碰撞，提高 沉降效果。
强化搅拌效果
通过加强搅拌，增加颗粒 间的碰撞和摩擦，促进颗 粒的凝聚和沉降。
新型沉降技术的研发
在土壤修复与改良中，重力沉降技术常与其他技术结合使用，如化学淋洗、植物修 复等。
04
重力沉降的影响因素
颗粒大小与密度
总结词
颗粒大小和密度是影响重力沉降的重要因素。
详细描述
颗粒的大小和密度决定了颗粒在流体中的沉降速度。一般来说，颗粒越大、密度越高，沉降速度越快 。颗粒间的相互作用也会影响沉降行为，例如颗粒间的碰撞和粘附作用。
02
重力沉降的物理模型
理想状态下的重力沉降模型
理想状态假设
假设颗粒在沉降过程中不受其他外力（如阻 力、浮力等）影响，只受重力作用。
自由沉降
颗粒在理想状态下仅受重力作用，不受其他 外力影响的沉降过程。
斯托克斯定律
在理想状态下，颗粒沉降速度与颗粒直径、 密度以及流体粘度有关，遵循斯托克斯定律 。
实际状态下的重力沉降模型
03
重力沉降的实际应用
工业废水处理
工业废水处理中的重力沉降技术主要用于去 除废水中的悬浮固体颗粒物，如颗粒物、纤 维、胶体等。
通过重力作用，这些颗粒物在废水中逐渐沉 降，与水分离，从而达到净化的目的。
工业废水处理中常用的重力沉降设备有沉淀 池、斜板沉淀池、悬浮澄清器等。
第三章 沉降
ut
gd p 2 ( p ) 18
2 2 1 3
过渡区（1<Re<500）
4g ( p ) ut dp 225
湍流区（500<Re<105）
ut
3g ( p )d p
ut与dp有关。dp愈大，ut则愈大。 层流区与过渡区中，ut还与流体粘度有关。 液体粘度约为气体粘度的50倍，故颗粒在液体中的沉降速
2)絮凝剂
溶胶：含有颗粒大小会直径小于1μ m的液体。
为了促进细小颗粒絮凝成较大颗粒以增大沉降速度，可往
溶胶中加入少量电解质。
絮凝剂（coagulant）：凡能促进溶胶中微粒絮凝的物质。
常用絮凝剂
明矾、三氧化铝、绿矾（硫酸亚铁）、三氯化铁等。
一般用量为40～200ppm（质量）。
离心沉降（centrifugal settling）
临界粒径dpc（critical particle diameter）：能100％除 去的最小粒径。
即：满足L/u＝H/ut 条件的粒径
当含尘气体的体积流量为Vs时， 则有
u= Vs / Hb
ut≥Vs / lb
或
Vs≤ blut
故与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度为
utc=Vs / bl
临界沉降速度utc是流量和面积的函数。
2) 连续相的粘度： 应用：
加酶：清饮料中添加果胶酶，使 ↓→ut↑，易于分离。 增稠：浓饮料中添加增稠剂，使 ↑→ut↓，不易分层。 加热：
3) 两相密度差( p-)：
在实际沉降中： 4) 颗粒形状
非球形颗粒的形状可用球形度s 来描述。
s
S Sp
重力沉降介绍课件
重力沉降介绍课件
演讲人
目录
01. 重力沉降原理 02. 重力沉降设备 03. 重力沉降实验 04. 重力沉降应用案例
重力沉降原理
沉降过程
颗粒物在重力 作用下，向下
沉降
颗粒物与周围 流体发生摩擦，
产生阻力
颗粒物在流体 中运动，受到 流体的浮力和
阻力作用
颗粒物最终沉 降到底部，形
成沉淀
影响因素
01
矿石提纯：通过重力沉 降法去除矿石中的杂质， 提高矿石纯度
尾矿处理：利用重力沉 降法处理尾矿，减少环 境污染和资源浪费
食品加工
果汁澄清：利用重力沉降去除果
01
汁中的悬浮物和沉淀物 啤酒酿造：利用重力沉降去除啤
02
酒中的酵母和蛋白质 食用油加工：利用重力沉降去除
03
食用油中的杂质和沉淀物 乳制品加工：利用重力沉降去除
重力沉降应用案例
污水处理
2019
重力沉降法在 污泥脱水中的
应用
2021
重力沉降法在 工业废水处理
中的应用
01
02
03
04
重力沉降法在 污水处理中的
应用
2020
重力沉降法在 废水处理中的
作用
2022
矿物加工
矿物分离：利用重力沉 降法分离不同密度的矿 物颗粒
选矿工艺：重力沉降法 在选矿工艺中用于分离 有用矿物和废石
将待沉降的样品放入设备中 启动设备，开始沉降过程 观察设备运行情况，确保沉降过程正常 完成沉降后，关闭设备电源，取出样品进行分析
重力沉降实验
实验目的
验证重力沉 降原理
了解颗粒物在 重力作用下的
沉降规律
学习如何设计 重力沉降实验
演讲人
目录
01. 重力沉降原理 02. 重力沉降设备 03. 重力沉降实验 04. 重力沉降应用案例
重力沉降原理
沉降过程
颗粒物在重力 作用下，向下
沉降
颗粒物与周围 流体发生摩擦，
产生阻力
颗粒物在流体 中运动，受到 流体的浮力和
阻力作用
颗粒物最终沉 降到底部，形
成沉淀
影响因素
01
矿石提纯：通过重力沉 降法去除矿石中的杂质， 提高矿石纯度
尾矿处理：利用重力沉 降法处理尾矿，减少环 境污染和资源浪费
食品加工
果汁澄清：利用重力沉降去除果
01
汁中的悬浮物和沉淀物 啤酒酿造：利用重力沉降去除啤
02
酒中的酵母和蛋白质 食用油加工：利用重力沉降去除
03
食用油中的杂质和沉淀物 乳制品加工：利用重力沉降去除
重力沉降应用案例
污水处理
2019
重力沉降法在 污泥脱水中的
应用
2021
重力沉降法在 工业废水处理
中的应用
01
02
03
04
重力沉降法在 污水处理中的
应用
2020
重力沉降法在 废水处理中的
作用
2022
矿物加工
矿物分离：利用重力沉 降法分离不同密度的矿 物颗粒
选矿工艺：重力沉降法 在选矿工艺中用于分离 有用矿物和废石
将待沉降的样品放入设备中 启动设备，开始沉降过程 观察设备运行情况，确保沉降过程正常 完成沉降后，关闭设备电源，取出样品进行分析
重力沉降实验
实验目的
验证重力沉 降原理
了解颗粒物在 重力作用下的
沉降规律
学习如何设计 重力沉降实验
《重力沉降法》课件
重力的作用效果是 使物体向地心加速 下落
重力沉降法的定义
重力沉降法是一种 利用重力作用使悬 浮颗粒从流体中分 离出来的方法。
原理：悬浮颗粒在 重力作用下，会逐 渐下沉，而流体则 向上流动，从而实 现颗粒与流体的分 离。
应用：广泛应用于 污水处理、化工、 食品等行业。
优点：操作简单， 成本低，效率高。
过滤法：操作简单，成本低，但分离效率 低，适用于大颗粒物质
磁选法：操作简单，成本低，但分离效率 低，适用于磁性物质
05 重力沉降法的实验操作
实验前的准备
实验材料：离心管、离心机、 溶液、样品等
实验环境：无尘、无菌、温度 适宜
实验设备：离心机、天平、量 筒、滴定管等
实验步骤：样品处理、离心、 收集、分析等
重力沉降法的原理
原理：利用颗粒物在重力作用下的沉 降速度不同，实现颗粒物的分离和净 化
过程：将待处理液体与颗粒物混合， 然后让其自然沉降，颗粒物沉降速 度大于液体，从而实现分离
应用：广泛应用于污水处理、空气净 化等领域
优点：操作简单，成本低，适用于大 规模处理
重力沉降法的应用
空气污染控制： 去除空气中的颗 粒物和悬浮物
记录实验数据：包括时间、温度、 压力、浓度等
绘制图表：将实验数据绘制成图表， 如柱状图、折线图等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
数据处理：使用Excel或其他软件 进行数据处理和分析
分析结果：根据实验数据和图表， 分析实验结果，得出结论
实验结果分析
颗粒大小 对沉降速 度的影响
溶液浓度 对沉降速 度的影响
设备问题：重力沉降法需要大型设备，投资成本较高
环境问题：重力沉降法在处理过程中会产生噪音和粉尘，对环境造成影响
第03章重力沉降详解
旋风除尘器
旋风除尘器的压力损失
相对尺寸对压力损失影响较大，除尘器结构型式相同时， 几何相似放大或缩小，压力损失基本不变
含尘浓度增高，压力降明显下降 操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa
旋风除尘器
旋风除尘器的除尘效率
计算分割直径是确定除尘效率的基础 在交界面上，离心力FC，向心运动气流作用于尘粒上 的阻力FD
轴向速度
外涡旋的轴向速度向下 内涡旋的轴向速度向上 在内涡旋，轴向速度向上逐渐增大，在排出管底部达到 最大值
旋风除尘器
旋风除尘器的压力损失
P 1 V in 2 2
A d e2
：局部阻力系数
16
A：旋风除尘器进口面积 局部阻力系数
旋风除尘器型式 ξ XLT XLT⁄A XLP⁄A XLP⁄B 5.3 6.5 8.0 5.8
层流式和湍流式两种
层流式重力沉降室
假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中 忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用
纵剖面示意图
层流式重力沉降室
沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q 气流在沉降室内的停留时间
t L / v0 LWH Q
us
v0
在t时间内粒子的沉降距离
沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s
不同粉尘的最高允许气流速度
层流式重力沉降室
多层沉降室：使沉降高度 减少为原来的1/（n+1）， 其中n为水平隔板层数
i
us LW (n 1) Q
考虑清灰的问题，一般隔板数 在3以下
多层沉降室
化工原理第三章1沉降解析
18u0 s g
18 3.4 105 0.214
4000 0.5 9.807
5.78105 m
核算沉降流型
Re 0
du0
5.78105 0.214 0.5 3.14 105
0.182
1
∴原假设正确
3、粒径为40μm的颗粒的回收百分率
粒径为40μm的颗粒定在层流区 ，其沉降速度
u0
d 2 s g
18
40106 2 4000 0.5 9.807
18 3.4105
0.103m
/
s
气体通过降沉室的时间为：
l 12s
u
直径为40μm的颗粒在12s内的沉降高度为：
H ' ut 0.10312 1.234m
假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的，则颗
粒在降尘室内的沉降高度与降尘室高度之比约等于该尺寸颗
降尘室的生产能力降尘室的生产能力是指降尘室所处理的含尘气体的体积流降尘室内的颗粒运动以速度u随气体流动以速度u作沉降运动二重力沉降分离设备颗粒在降尘室的停留时间降尘室使颗粒沉降的条件hblhbhb说明含尘气体的最大处理量与某一粒径对应的是指这一粒径及大于该粒径的颗粒都能100被除去时的最大气体量
第三章 非均相物系分离
200C时CCl4的密10-3Pa·s，求此塑料珠的直径。
u0
d
2 s g
18
Re 0
du0
二、干扰沉降
颗粒之间距离很小的沉降称为干扰沉降。 • 干扰沉降的速度可用自由沉降速度的计算方法计
算，但要根据颗粒浓度对所用的流体密度及黏度 进行校正。 • 用上述方法计算干扰沉降的速度比自由沉降要小
等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度u0 称为沉降速度。
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沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s
不同粉尘的最高允许气流速度
层流式重力沉降室
多层沉降室：使沉降高度 减少为原来的1/（n+1）， 其中n为水平隔板层数
i
us LW (n 1) Q
考虑清灰的问题，一般隔板数 在3以下
多层沉降室
1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板
湍流式重力沉降室
Np H
对上式积分得 ln N p
usdx ln C v0 H
v0 H
x 0 Np Np0 ; x L Np NpL 边界条件： us L 得 N N exp( )
pL p0
v0 H
因此，其分级除尘效率
i 1
NpL Np0 1 exp( us LW ) Q us L ) v0 H
惯性除尘器
应用
一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘
净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，
捕集10～20µm以上的粗颗粒 压力损失100～1000Pa
旋风除尘器
利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 旋风除尘器内气流与尘粒的运动
普通旋风除尘器是由进气管、筒 体、锥体和排气管等组成
hc us t us L us LWH v0 Q
该粒子的除尘效率 h u L u LW i c s s H v0 H Q
(hc H )
i 1.0
(hc H )
层流式重力沉降室
对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin = ?
hc H
湍流模式1－假定沉降室中气流处于湍流状态，垂直于气流 方向的每个断面上粒子完全混合
宽度为W、高度为H和长度为dx的捕集元，假定气体流过dx距离 的时间内，边界层dy内粒径为dp的粒子都将沉降而除去
湍流式重力沉降室
粒子在微元内的停留时间
dt dx / v0 dy / us
被去除的分数 dN p dy usdx
气流沿外壁由上向下旋转运动： 外涡旋
少量气体沿径向运动到中心区域 旋转气流在锥体底部转而向上沿 轴心旋转：内涡旋 气流运动包括切向、轴向和径向： 切向速度、轴向速度和径向速度
旋风除尘器气流与尘粒的运动
旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续）
切向速度决定气流质点离心力大小， 颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁 到达外壁的尘粒在气流和重力共同作 用下沿壁面落入灰斗 上涡旋－气流从除尘器顶部向下高速 旋转时，一部分气流带着细小的尘粒 沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿 排出管外壁旋转向下，最后从排出管 排出
us
2 dp pg
18
2 dp p g LWH H 18 Q
即
d min
18 Q p gWL
hc=2H
由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分 级效率公式的一半作为实际分级效率
d min 36 Q p gWL
层流式重力沉降室
提高沉降室效率的主要途径 降低沉降室内气流速度 增加沉降室长度 降低沉降室高度
第一节 机械除尘器
机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心 力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：
重力沉降室
惯性除尘器
旋风除尘器
重力沉降室
重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离 的除尘装置
气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力 作用下缓慢向灰斗沉降
旋风除尘器
旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布
旋风除尘器
切向速度
外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方 VT Rn const. 此处n 1，称为涡流指数
n 1 1 0.67 D
0.14
T 283
0.3
内涡旋的切向速度正比于半径
1 exp(
湍流式重力沉降室
湍流模式2－完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全 混合
ni v0 HW（ ni 为除尘器内粒子浓度，均一） 单位时间排出： ni us HW 单位时间捕集：
总分级效率
i＝
ni usWL u L / Hv0 s ni Hv0W＋ni usWL 1 us L / Hv0
湍流式重力沉降室
usL 1/2 ( 三种模式的分级效率均可用 v H) 归一化 0 对Stokes颗粒，分级效率与dp成正比
重力沉降室归一化的分级率曲线
a层流－无混合 b湍流－垂直混合 c湍流－完全混合
重力沉降室
重力沉降室的优点 结构简单 投资少 压力损失小（50～100Pa） 维修管理容易 缺点 体积大 效率低 仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的 粒子
层流式和湍流式两种
层流式重力沉降室
假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中 忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用
纵剖面示意图
层流式重力沉降室
沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q 气流在沉降室内的停留时间
t L / v0 LWH Q
us
在t时间内粒子的沉降距离
第六章 除尘装置
1. 2. 3. 4.
机械除尘器 电除尘器 湿式除尘器 过滤式除尘器
5.
除尘器的选择与发展
除尘装置
从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置
湿式除尘装置 干式除尘装置
按分离原理分类 ：
重力除尘装置（机械式除尘装置） 惯性力除尘装置（机械式除尘装置） 离心力除尘装置（机械式除尘装置） 洗涤式除尘装置 过滤式除尘装置 电除尘装置 声波除尘装置
VT / R w
－角速度
内外涡旋的界面上气流切向速度最大 交界圆柱面直径 dI = ( 0.6～1.0 ) de , de 为排气管直径
惯性除尘器
机理
沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上， 气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用， 使其与气流分离
惯性除尘器
结构形式
冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子 反转式－改变气流方向捕集较细粒子
冲击式惯性除尘装置 a单级型 b多级型
反转式惯性除尘装置 a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型
不同粉尘的最高允许气流速度
层流式重力沉降室
多层沉降室：使沉降高度 减少为原来的1/（n+1）， 其中n为水平隔板层数
i
us LW (n 1) Q
考虑清灰的问题，一般隔板数 在3以下
多层沉降室
1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板
湍流式重力沉降室
Np H
对上式积分得 ln N p
usdx ln C v0 H
v0 H
x 0 Np Np0 ; x L Np NpL 边界条件： us L 得 N N exp( )
pL p0
v0 H
因此，其分级除尘效率
i 1
NpL Np0 1 exp( us LW ) Q us L ) v0 H
惯性除尘器
应用
一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘
净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，
捕集10～20µm以上的粗颗粒 压力损失100～1000Pa
旋风除尘器
利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 旋风除尘器内气流与尘粒的运动
普通旋风除尘器是由进气管、筒 体、锥体和排气管等组成
hc us t us L us LWH v0 Q
该粒子的除尘效率 h u L u LW i c s s H v0 H Q
(hc H )
i 1.0
(hc H )
层流式重力沉降室
对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin = ?
hc H
湍流模式1－假定沉降室中气流处于湍流状态，垂直于气流 方向的每个断面上粒子完全混合
宽度为W、高度为H和长度为dx的捕集元，假定气体流过dx距离 的时间内，边界层dy内粒径为dp的粒子都将沉降而除去
湍流式重力沉降室
粒子在微元内的停留时间
dt dx / v0 dy / us
被去除的分数 dN p dy usdx
气流沿外壁由上向下旋转运动： 外涡旋
少量气体沿径向运动到中心区域 旋转气流在锥体底部转而向上沿 轴心旋转：内涡旋 气流运动包括切向、轴向和径向： 切向速度、轴向速度和径向速度
旋风除尘器气流与尘粒的运动
旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续）
切向速度决定气流质点离心力大小， 颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁 到达外壁的尘粒在气流和重力共同作 用下沿壁面落入灰斗 上涡旋－气流从除尘器顶部向下高速 旋转时，一部分气流带着细小的尘粒 沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿 排出管外壁旋转向下，最后从排出管 排出
us
2 dp pg
18
2 dp p g LWH H 18 Q
即
d min
18 Q p gWL
hc=2H
由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分 级效率公式的一半作为实际分级效率
d min 36 Q p gWL
层流式重力沉降室
提高沉降室效率的主要途径 降低沉降室内气流速度 增加沉降室长度 降低沉降室高度
第一节 机械除尘器
机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心 力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：
重力沉降室
惯性除尘器
旋风除尘器
重力沉降室
重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离 的除尘装置
气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力 作用下缓慢向灰斗沉降
旋风除尘器
旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布
旋风除尘器
切向速度
外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方 VT Rn const. 此处n 1，称为涡流指数
n 1 1 0.67 D
0.14
T 283
0.3
内涡旋的切向速度正比于半径
1 exp(
湍流式重力沉降室
湍流模式2－完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全 混合
ni v0 HW（ ni 为除尘器内粒子浓度，均一） 单位时间排出： ni us HW 单位时间捕集：
总分级效率
i＝
ni usWL u L / Hv0 s ni Hv0W＋ni usWL 1 us L / Hv0
湍流式重力沉降室
usL 1/2 ( 三种模式的分级效率均可用 v H) 归一化 0 对Stokes颗粒，分级效率与dp成正比
重力沉降室归一化的分级率曲线
a层流－无混合 b湍流－垂直混合 c湍流－完全混合
重力沉降室
重力沉降室的优点 结构简单 投资少 压力损失小（50～100Pa） 维修管理容易 缺点 体积大 效率低 仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的 粒子
层流式和湍流式两种
层流式重力沉降室
假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中 忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用
纵剖面示意图
层流式重力沉降室
沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q 气流在沉降室内的停留时间
t L / v0 LWH Q
us
在t时间内粒子的沉降距离
第六章 除尘装置
1. 2. 3. 4.
机械除尘器 电除尘器 湿式除尘器 过滤式除尘器
5.
除尘器的选择与发展
除尘装置
从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置
湿式除尘装置 干式除尘装置
按分离原理分类 ：
重力除尘装置（机械式除尘装置） 惯性力除尘装置（机械式除尘装置） 离心力除尘装置（机械式除尘装置） 洗涤式除尘装置 过滤式除尘装置 电除尘装置 声波除尘装置
VT / R w
－角速度
内外涡旋的界面上气流切向速度最大 交界圆柱面直径 dI = ( 0.6～1.0 ) de , de 为排气管直径
惯性除尘器
机理
沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上， 气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用， 使其与气流分离
惯性除尘器
结构形式
冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子 反转式－改变气流方向捕集较细粒子
冲击式惯性除尘装置 a单级型 b多级型
反转式惯性除尘装置 a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型