第二节 重力沉降
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沉 降
ut——颗粒终端沉降速度（terminal velocity）
（1）层流区：ReP2 CD=24/ReP
1 P 2 ut gdP 18
斯托克斯（Stokes）公式
第二节 重力沉降
（2）过渡区：2<ReP<103
18.5 CD 0.6 Re P
ut 0.27 ( P ) gd P Re P
h t沉 ut l V t停 ui qv
Fg
6
d P P g
3
du Fg Fb m dt
FD CD AP
（6.2.3）
u 2
2
第二节 重力沉降
达到平衡时：
Fg Fb FD 0
6 d P P g
3
6
d P g CD
3
4
dP (( P ) d P g 3 C D
• 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
对于球形颗粒，流体阻力的计算方程：
FD CD AP
u
2
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 )
Re P udP
（6.1.11） …颗粒的雷诺数
第二节 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dP、质量为m。沉速如何计算？
浮力Fb
Fb
6
d P g
《重力沉降》课件
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汇报人：PPT
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
重力沉降是一种物理现象，指物体在重力作用下，从高浓度区域向低浓度区域移动的过程。
重力沉降广泛应用于污水处理、空气净化等领域，是一种有效的分离、净化技术。
PART FOUR
粒径越大，沉降速度越快 粒径越小，沉降速度越慢 粒径对沉降速度的影响与流体密度、粘度、温度等因素有关 粒径对沉降速度的影响还与颗粒物的形状、表面粗糙度等因素有关
流速增加，沉降速度加快 流速降低，沉降速度减慢 流速过快，可能导致颗粒悬浮，影响沉降效果 流速过慢，可能导致颗粒沉积，影响沉降效率
实验注意事项：确保实验环境 的稳定性、避免干扰因素的影
响
实验结果的分析：根据实验数 据，分析颗粒沉降规律，得出
结论
实验目的：验证重力沉降原理 实验方法：使用不同密度的颗粒进行沉降实验 实验结果：颗粒沉降速度与密度成正比 讨论：沉降速度与颗粒密度的关系，以及颗粒沉降过程中的其他影响因素
优点：操作简单，易于控制，结果直观 缺点：耗时长，需要大量样本，可能存在误差 适用范围：适用于颗粒大小、密度差异较大的样品 不适用范围：不适用于颗粒大小、密度差异较小的样品
PART SIX
重力沉降是地 球科学、环境 科学、工程科 学等领域的重
要研究内容
重力沉降研究 有助于理解地 球内部结构和
演化过程
重力沉降研究 对于环境污染 治理、资源开 发利用等方面 具有重要意义
重力沉降研究 对于提高人类 对地球的认识 和理解具有重
要意义
研究重力沉降在环境保护中的应用，如大气污染治理、水污染治理等 研究重力沉降在材料科学中的应用，如纳米材料制备、生物材料制备等 研究重力沉降在能源领域的应用，如太阳能电池、燃料电池等 研究重力沉降在生物医学领域的应用，如细胞分离、组织工程等
汇报人：PPT
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
重力沉降是一种物理现象，指物体在重力作用下，从高浓度区域向低浓度区域移动的过程。
重力沉降广泛应用于污水处理、空气净化等领域，是一种有效的分离、净化技术。
PART FOUR
粒径越大，沉降速度越快 粒径越小，沉降速度越慢 粒径对沉降速度的影响与流体密度、粘度、温度等因素有关 粒径对沉降速度的影响还与颗粒物的形状、表面粗糙度等因素有关
流速增加，沉降速度加快 流速降低，沉降速度减慢 流速过快，可能导致颗粒悬浮，影响沉降效果 流速过慢，可能导致颗粒沉积，影响沉降效率
实验注意事项：确保实验环境 的稳定性、避免干扰因素的影
响
实验结果的分析：根据实验数 据，分析颗粒沉降规律，得出
结论
实验目的：验证重力沉降原理 实验方法：使用不同密度的颗粒进行沉降实验 实验结果：颗粒沉降速度与密度成正比 讨论：沉降速度与颗粒密度的关系，以及颗粒沉降过程中的其他影响因素
优点：操作简单，易于控制，结果直观 缺点：耗时长，需要大量样本，可能存在误差 适用范围：适用于颗粒大小、密度差异较大的样品 不适用范围：不适用于颗粒大小、密度差异较小的样品
PART SIX
重力沉降是地 球科学、环境 科学、工程科 学等领域的重
要研究内容
重力沉降研究 有助于理解地 球内部结构和
演化过程
重力沉降研究 对于环境污染 治理、资源开 发利用等方面 具有重要意义
重力沉降研究 对于提高人类 对地球的认识 和理解具有重
要意义
研究重力沉降在环境保护中的应用，如大气污染治理、水污染治理等 研究重力沉降在材料科学中的应用，如纳米材料制备、生物材料制备等 研究重力沉降在能源领域的应用，如太阳能电池、燃料电池等 研究重力沉降在生物医学领域的应用，如细胞分离、组织工程等
《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。
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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 颗粒与流体之间的相对流动2006-2
注意：其中斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域 的计算式是近似的。
二、重力沉降
重力沉降(gravity settling)：由地球引力作用而
发生的颗粒沉降过程，称为重力沉降。
1 沉降速度
1.1 球形颗粒的自由沉降
自由沉降（free settling）： 单个颗粒在流体中沉降，或
者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒之间互不接触互不碰撞的 条件下沉降。
4
2 .5 5
1 . 11 m / s
假设流型属于过渡区，粉尘的临界直径为
1 1
d
pc
u tc
225 2 2 4g ( p )
5
3 u tc
225 2 2 4g p
1
3
225 2 . 53 10 0 . 779 3 1 . 11 2 3 2 4 ( 9 . 81 ) ( 2 . 0 10 ) 1 . 58 10
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—— 球形度；
S —— 颗粒的表面积，m2； Sp—— 与颗粒体积相等的圆球的表面积，m2。
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。
当尘粒的沉降速度小，处于斯托克斯区时，临界粒径为
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
化工原理第三章概述、重力沉降
u t 9 1 5 6 1 2 0 1 3 . 0 8 1 0 0 9 3 . 2 0 0 5 9 9 . 8 0 8 9 . 1 7 1 9 － 3 ( m 0 7 /s )
核算流型：
R d e p u t 9 1 5 6 0 1 .9 0 .7 0 1 9 1 5 3 0 7 3 0 9.2 9 0 8 .92 2 4
f(Res,)
【获取方法】当球形度一定时，阻力（曳力）系数ζ 获取方法有如下两种： （1）查取ζ－Re关系曲线图； （2）使用经验公式。
【步骤】（1）根据颗粒的球形度找到对应的 曲线； （2）根据Re找到曲线上的一点； （3）由该点查得ζ ；
s
S Sp
(球形度）
ζ－Re关系曲线图
何谓球形度
s
S Sp
dP ，流体的密度为ρ，则：
Fg
6
dP3Pg
Fb
6
dP3g
Fd A2 u2
dP 2
4
u2
2
当颗粒在流体中做匀速运动（a＝0）时，颗粒所 受合力为零，即：
6dP 3Pg 6dP 3gd 4P 22 u20
由此可解出沉降速度：
ut
4gdPP
3
——沉降速度基本计算式
（1）颗粒从静止开始作沉降运动时，分为加速和匀 速两个阶段； （2）对于小颗粒，加速阶段时间很短，通常忽略， 可以认为沉降过程是匀速的。
S——与物体相同体积的球体的表面积； SP——物体的表面积。
【定义】与物体相同体积的球体的表面积和物体的 表面积之比。
（1）此处的雷诺数Re是指：
Re d Pu
计算Re时，dP应为足以表征颗粒大小的长度（特 性尺寸），对球形颗粒而言，就是它的直径。
核算流型：
R d e p u t 9 1 5 6 0 1 .9 0 .7 0 1 9 1 5 3 0 7 3 0 9.2 9 0 8 .92 2 4
f(Res,)
【获取方法】当球形度一定时，阻力（曳力）系数ζ 获取方法有如下两种： （1）查取ζ－Re关系曲线图； （2）使用经验公式。
【步骤】（1）根据颗粒的球形度找到对应的 曲线； （2）根据Re找到曲线上的一点； （3）由该点查得ζ ；
s
S Sp
(球形度）
ζ－Re关系曲线图
何谓球形度
s
S Sp
dP ，流体的密度为ρ，则：
Fg
6
dP3Pg
Fb
6
dP3g
Fd A2 u2
dP 2
4
u2
2
当颗粒在流体中做匀速运动（a＝0）时，颗粒所 受合力为零，即：
6dP 3Pg 6dP 3gd 4P 22 u20
由此可解出沉降速度：
ut
4gdPP
3
——沉降速度基本计算式
（1）颗粒从静止开始作沉降运动时，分为加速和匀 速两个阶段； （2）对于小颗粒，加速阶段时间很短，通常忽略， 可以认为沉降过程是匀速的。
S——与物体相同体积的球体的表面积； SP——物体的表面积。
【定义】与物体相同体积的球体的表面积和物体的 表面积之比。
（1）此处的雷诺数Re是指：
Re d Pu
计算Re时，dP应为足以表征颗粒大小的长度（特 性尺寸），对球形颗粒而言，就是它的直径。
《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
沉降与过滤2PPT学习教案
过渡区 （阿仑区 ）
500 < Red < 2×105 z = 0.44
湍流区 （ 牛顿区 ）
Red > 2×105 z = 0.1
完全湍流区
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第二节 重力沉降
由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程，称为重力沉降。
一. 沉降速度
1.球形颗粒的自由沉降 单个颗粒在流体中沉降，或则颗粒群在流体中分散得很好而
如果一个降尘室的降尘面积为 A ，需要将粒径大于 dPc 的颗 粒完全去除，则该降尘室的处理量为： qV = A utc 。
例： 用降尘室来净化温度为 200C ，流量为 2500 m3 / h 的常压 空气。 已知： 空气中所含尘粒的密度为 1800 Kg / m3 ；要求 净化后的空气中不含直径大于 10 mm 的尘粒。试求所需的降尘 面积 A 。若降尘室的底面宽 2 m ，长 5 m ; 问室内需要设多少 块隔板。
塞过滤介质的孔隙，使过滤操作的阻力变大。为防止出现这种 情况，在实际的操作过程中往往会采用助滤剂。
二. 过滤速率基本方程式
单位时间内滤过的滤液体积，称为过滤速率 ， m3 / S ； 单位过滤面积的过滤速率，称为过滤速度 ， m / S ； 设：过滤面积为 A ，过滤时间为 dt ， 滤液体积为 dV ；则
a.颗粒形状 颗粒的形状偏离球形愈大，其阻力系数就愈大。工程上一般
采用当量球径来计算颗粒的沉降速度。 b.壁效应
当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，颗粒的 沉降速度较自由沉降速度要小。 c.干扰沉降
当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，颗 粒的沉降会受到其他颗粒的影响，使得实际的沉降速度比自由 沉降速度小。
离心分离因数可达 4000 — 10000 。 用于乳浊液分离目的的碟式离心机，碟片中心开有小孔，料
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第二节重力沉降
沉降操作是借助某种力的作用，利用分散物质与分散介质的密度差异使之发生相对运动而分离的过程。
§3 .2.1 沉降速度
一、球形颗粒的自由沉降
自由沉降：任一颗粒的沉降不因流体中存在其它颗粒而受干扰。
即颗粒彼此间相互独立，互不影响。
它发生在流体中颗粒稀疏的情况中。
1. 颗粒的受力分析
光滑球粒
直径
，密度流体密度为颗粒作下沉运动时，受力为
①重力
↓
②浮力
↑
③曳力
流体对颗粒下沉的阻力（拖曳力）↑
对光滑圆球
因次分析
令
，
则
，
∴
∴
由
则
下沉加速段： 下沉开始瞬间，
之后，
分速阶段：
当
此时颗粒相对于流体的运动速度
叫
做沉降速度。
也是加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度，亦称“终
端速度”。
由于
∴
2．曳力系数
，由实验测定，标绘于
坐标中（双对数）
对于球形颗粒，
分为三个区
stocks区，
，直线AB段
Allen区，
，直线BC
段
Newton区
，CD段
3．沉降速度
由于
存在上述关系，所以
为
stocks公式
Allen公式
Newton公式
由
计算式可知，对于确定的流体——颗粒系统，
都为定值，
只
与有关，一一对应。
的计算式适用于计算多种情况下颗粒与流体在重力方向上的相对运动速度，不仅适用静止流体中的运动颗粒，而且适用于运动流体中的静止颗粒，或者逆向，或者是同向运动着的流体与颗粒。
二、非球形颗粒的自由沉降
1．球形度
球形颗粒的特征用直径
就可以表达了，而非球颗粒的特征需用二个参数来表
征。
其一是球形度，另一是体积当量直径
（或其它当量直径）
定义：
球形
愈小，则颗粒形状与球差异愈大。
2．颗粒的体积当量直径
定义：
对于非球形颗粒，有关。
其中
三、沉降速度的计算
1．试差法
欲求，所以要试差求得
对于小颗粒，假设，用stocks公式求是否小于1；
符合，则假设成立，为所求
不符合，重新假设。
2．摩擦数群法
由
得
∴与无关。
因为一一对应，对于非球形颗粒一定，亦一一对应，所以必亦一一对应。
在坐标上标绘出曲线，由计算值找到曲线上对应的点位置。
再由值求得，避免了试差。
对于非球形颗粒数计算往往采用摩擦数群法来计算。
，用于求
四、其它因素对的影响。
1）颗粒的体积浓度：颗粒体积浓度较大时，流体作反向运动，曳力↑，另外，
有效密度和粘度↑，↓
2）端效应：壁面，底面处曳力↑→↓
3）液滴或气泡的变形：曳力↑→↓
例3-1
§3.2.2 降尘室
降尘室是利用重力沉降除去气流中颗粒的设备。
降尘室的分离原理为
垂直方向上，颗粒沉降至室底所需时间为
水平方向上，气体通过降尘室的时间为
时，颗粒能从气流中分离出来，则
——降尘室的处理能力，
则
将代入上式得，
由此可见，只与沉降面积及有关，而与降尘室的高度无关。
因此，降尘室应设计成扁平形状，往往在室内设置多层水平隔板的多层降尘室。
隔板间距一般为40～100mm。
多层降尘室能分离较细小的颗粒并节省地面，但出灰不便。
说明：
①应按需分离下来的最小颗粒计算。
②不宜过高，避免沉降下来的颗粒重新卷起。
③适用于分离，作预除尘器使用。
例3-2。