离心沉降

惯性离心力作用下的沉降速度

    惯性离心力场的强度与力场距中心轴距

离R及R所在圆的圆周速度ur有关，即（uT2

/R）——也称离心加速度，随uT↑和R↓

（定ω↑，R↑，uT↑）显著增强（g为常

数），方向沿直径指向外圆周。

    含固体颗粒的流体进入离心力场时，

ρs>ρ,颗粒必向外圆飞去。同时受到三个力的作用：

    惯性离心力=（π/6）d3ρs（uT2/R）指向外圆

    向心力=-（π/6）d3ρ（uT2/R）指向圆心

    阻力=-ξ（π/4）d2（ρur2/2）指向圆心

    三力达平衡（∑F=0），ur——颗粒在R点的离心沉降速度。

        （3—20）

        （3—2）

    比较重力场和离心力场的沉降速度计算式，只在力场强度上

同。若离心沉降时，颗粒与流体的相对速度属于滞流，则ξ=24/Ret

        (3-21)

        (3—6)

两种沉降速度之比：

    ur/ut=（uT2/R）/g=Kc    （3—22）  Kc——离心分离因数

    Kc是离心分离设备的重要指标。某些高速离心机的Kc可达数

十万；一般旋风（液）分离器的Kc值在5～2500之间。如：R=

0.4m，uT=20m/s时：

    Kc=202/（0.4×9.81）=102

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分离器结构如图。标准系列旋风分离器各部件的比例尺寸见

教材。

    含尘气流从切向进入圆筒后，在筒壁的约束和后继

气体的推动下，形成“外螺旋运动”→离心力场。颗粒被

抛向筒壁，借重力沿壁面落至锥形筒底部的排灰口。

    颗粒向器壁运动使气体向旋转中心聚集，仍然保持

着与外螺旋同方向的旋转运动——内螺旋，并从下向上从

出气口排出。∵它的R小，∴仍具有可观的力场强度。

旋风分离器的静压强分布：

    1、径向  器壁附近静压强大，向旋转中心逐渐降低，在排气口附

近与口外侧压强持平。

    2、轴向  沿轴向，从上至下静压强逐渐降低。若排气口直通大气

（或连引风机），则器底部轴心处形成负压，排灰口密封不严会已

落入底部的尘埃卷起。

指标 分离效率 总效率 临界粒径
粒级效率 分割粒径
压强降 　 　

一、临界粒径dc

    dc指理论上能完全被分离下来的最小颗粒直径，[m]。

dc的计算式由下面的简化条件推导出来：

    （1）进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切

向速度uT=进口速度  ui=Vs/Bh。

    （2）颗粒向器壁沉降时，都要穿过厚度为B的气流层才能到达壁

面。

    （3）颗粒在滞流情况下作自由沉降，其径向沉降速度可用（3—21）计算。简化成

    颗粒到达器壁的时间θt=B/ur=18BμRm/（d2ρsui2）

    气流在器中停留的时间θ=2πRmNe/ui

依dc定义，θt=θ  其

        （3—23）

    ∵B=D/4，∴D↑→dc↑→η↓。尽管假设与实际相差较大，但选

择适宜的Ne值使（3-23）可以使用。Ne一般为0.5

～3.0，标准系列旋风分离器Ne=5。

1、总效率η0=（C1-C2）/C1    （3—24）

    C1：进气含尘浓度，g/m3；C2：出气含尘浓度，g/m3；

2、粒级效率ηpi=（C1i-C2i）/C1i    （3—25）

    粒级效率ηρ与颗粒直径di的对应关系

粒级效率曲线。

    理论上，凡直径大于dc的颗粒，其粒级

效率都应等于100%，小于dc的颗粒效率为

零。如图示：

    实际上，分离曲线却是一条曲线，<dc的颗粒也有可观的分离效

果，而>dc的颗粒还有部分未分离下来。前者可能是因为本身离器壁

近或聚集增大了直径得以分离，后者可能受气流涡动影响未及器

壁。

对于同一型式（如标准型）且

尺寸比例相同的旋风分离器，

不论尺寸大小都可以用同一条

ηρ～d/d50曲线。


标准旋风分离器的d50估算式：

   （3-26）
  xi：i粒级所占质量%　

△p=ξρui2/2  ξ——标准系列，=8

    旋风分离器的△p一般为500～2000Pa。

    思考：（1）

D η0 dc △p（Vs定） Vs（△p定）
粗 　 　 　 　
细 　 　 　 　

    （2）若任务要求：η0↑，且Vs↑，采取措施？

影响旋风分离器性能的因素：

    ρs↑，d↑，粉尘浓度↑→有利于分离，这是因为：密度升高，

直径增大对于分离的影响很明显，而含尘浓度高则是：（1）聚集使

d↑；（2）抑制涡流→阻力↓△p↓；（3）ui↑→ur↑→η0↑，然

而，搅起涡流，使△p↑。

    合适的进气速度为10～25m/s。

四、旋风分离器的结构型式与选用

    旋风分离器的分离效率不仅与含尘的物理性质、含尘浓度、粒

度分布及操作的影响，而且还与设备的结构尺寸密切相关。

    合理的结构尺寸是提高分离效率、降低压强降的基础。

    几种化工中常见的旋风分离器的结构型式：

CLT/A型 结构示意图 CLP型 结构示意图 扩散式 结构示意图
倾斜螺旋面进口，减小涡流影响。气流阻力系数较低，ξ=5～5.5  带有旁室结构，蜗壳式进气口，可聚结被上旋流带到定部的细粒。ξ=4.8～5.8  结构上小下大，下设挡灰盘，可有效防止已沉降的细粒被重新卷起。  

    通常，对于不同旋风分离器的选择应首先根据系统的物性与任

务要求，结合各型设备的特点，选定分离器型式，计算决定所用尺

寸及台数。