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重力沉降gravitational settling

时间：2020-03-01 来源：网络 浏览：
因组成悬浮系的流体和悬浮物具有密度差，在重力场中发生相对运动，因而得到分离的沉降操作。在重力场中，密度不同于流体的悬浮物(固体颗粒或液滴)，受到三个作用力：①重力Fg＝mg，式中m为颗粒质量，g为重力加速度；②浮力

，式中 ρp、ρ分别为颗粒和流体的密度；③流体对颗粒作绕流运动所产生的曳力Fd＝ξApρu2/2，式中Ap为颗粒在垂直于运动方向上的投影面积；u为颗粒对流体的相对速度；ξ为阻力系数。沉降开始时，这三种力不平衡，颗粒向下作加速运动。随着速度的增加，曳力逐渐增大，最后颗粒所受各力达到平衡，向下作等速运动。颗粒在等速运动阶段的下降速度，称为沉降的终端速度，又称为沉降速度ut。对于符合斯托克斯定律（见绕流）的球形小颗粒，沉降的终端速度为：
　　　　　　

式中dp为粒径；μ为流体粘度。对于细小颗粒，沉降的加速阶段极短，可近似地认为颗粒总是以速度ut沉降的。粒径很小时，沉降速度很低。在液相悬浮系中添加絮凝剂（如明矾），使颗粒凝聚，可提高沉降速度。
　　重力沉降设备主要有下列类型：
　　降尘室 　用于气体除尘，如从焙烧矿石的炉气中分离固体颗粒。最简单的降尘室（图1）

图1

为一长方形容器，底部设有集尘斗（灰斗）。含尘气体自降尘室一端进入后，尘粒随气体作平移运动，同时又作沉降运动。如果它在气流到达出口端前沉降到降尘室底部，它就能与气体分离。降尘室在单位时间内的含尘气处理量V与降尘室的底面积A及沉降速度ut成正比，即：
　　　　　　　　

V＝Aut

含尘气处理量与降尘室的高度无关，因此降尘室以扁平形状为佳。为提高降尘室的处理能力，可在其中设置多层水平降尘隔板（图2）。这种多层降尘室为尘粒沉降提供的有效水平面积包括底面积和各层降尘隔板面积。

图2

　　增稠器 　通常是一个锥形底的圆筒或圆池（图3）。

图3

将悬浮液连续加到圆筒中心液面以下，清液经周边溢出，悬浮物缓慢沉至器底。器底设有旋转齿耙，将沉渣移至中心，用泥浆泵排出。固体颗粒在增稠器内的沉降过程大致可分为三个阶段：①在容器上部，颗粒浓度很小，颗粒沉降可认为互不干扰，称为自由沉降阶段。②在容器下部，颗粒浓度增大，颗粒沉降互相干扰，沉降速度很小，称为干扰沉降阶段。③在容器底部，沉聚泥浆自身经历的增稠压缩阶段。增稠器具有澄清液体和增稠悬浮液的双重功能，主要用于颗粒浓度较低的悬浮液的分离，如工业用水的澄清及过滤的预处理。  
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