多相流课件第五章.ppt

第五章 气固系统的流动 §5－1 颗粒的流动模型 表示气固系统流动特征的理想化的流动形态； 划分各种模型的实质是反混机理和程度； 标志颗粒逆向混合程度的定量参数为模型参数； 可由停留时间分布求得模型参数； 对具体过程：分析类型——选择模型——求得模型参数——预测过程进程与效果 §5－1 颗粒的流动模型 1、颗粒在容器中的停留时间 1）基本概念 活塞流：当物料连续稳定通过某一系统时，其停留时间的理想情况为同一时间进入系统的各微元，沿平行路径以相同恒定速度通过，各颗粒在系统内的停留时间均相等 1）基本概念 实际流动：层流、湍流、搅拌、旋回，形成停留时间的分布 影响因素：设备的几何形状、结构和工艺操作条件 在一个稳定连续流动系统中，某一瞬间进入系统的颗粒，经历不同的停留时间后依次自系统流出 （1）停留时间的概率密度——E(τ）函数 在同时进入稳定流动系统中的N个粒子中，在容器中停留时间介于τ与τ+dτ间的颗粒数所占分率dN/N (2) 停留时间分布函数—— F(τ）函数 流过系统的物料中停留时间小于τ的物料量的百分率 2）停留时间分布的测定 （1）脉冲示踪法 系统入口处快速混入少量（Q)的示踪物体，在出口流体中检测示踪物料的浓度变化c(τ） 2）停留时间分布的测定 （2）阶跃示踪法 在入口处按与物料一定比例c0 不断加入示踪物，在出口处取样测出物料中示踪物浓度的变化c(τ）, 3）各停留时间分布函数间的关系 4）E(τ）的特征值 （1）数学期望τ （1）数学期望 τ 在实际测定时，每隔一段时间取一次样，则E（τ）为离散型 若采用无因次时间作自变量 §5－1 颗粒的流动模型 2、典型的流动模型 1）活塞流 所有颗粒在系统中的停留时间相同 1）活塞流 用分布密度函数表示 2）理想混合流 微元体进入系统的瞬间立即与原有物料均匀混合，系统内部流动特性始终如一，与出口处相同 用示踪粒子完全代替入口物料时， 2）理想混合流 当n级混合流模型串联时， 3）带有死角和短路的理想混合流 3）带有死角和短路的理想混合流 V为容器体积，m为出去死角后所占的空间分额，v为通过系统的物料流率，h为通过容器物料分额，v(1-h)为短路物料流率 3）带有死角和短路的理想混合流 有短路和死角时， 4）扩散模型 流体通过有填充物料的管式反应器时，各流体微元以相同平均线速度u通过缝隙，并围绕u按相同频率和振幅波动。 用Fick第二定律描写逆向混合，即为扩散模型。 可理解为活塞流叠加轴向扩散； 该扩散是虚拟的，实质为返混； 是描述非理想流动的主要模型，特别适用于返混程度不大的系统 4）扩散模型 模型假定： 沿与流体流动方向垂直的每一截面具有均匀径向浓度； 每一截面上沿流体流动方向，流动速度和扩散系数均为恒定值； 物料浓度为流体流动距离的连续函数 4）扩散模型 流动坐标上描述扩散方程 注意： 对一定的流动模型，有一定的停留时间分布； 对已知的停留时间分布函数，可能有数种流动模型与之适应； 研究实际过程时，分析流动形态——选择合适模型——测定模型参数——与反应动力学结合估算过程效果； 停留时间分布函数不能作为确定模型的依据 §5－1 颗粒的流动模型 3、停留时间分布曲线的应用 正常状态，曲线的峰形和位置与所预期的相吻合； 出峰太早，可能有沟流或短路情况； 出现递降峰, 表明可能有循环流动; 出峰太晚, 可能是计量误差, 也可能示踪剂被吸附于壁面上; 有两股平行流体存在 §5－2 稀相悬浮体中气固流动模型 1、单颗粒颗粒在水平气流中的运动 (1)运动分析 最简单情况: 水平平行气流, 不计重力影响 稳定运动时, 惯性力与阻力相等 (1)运动分析 考虑重力的作用,令粒子在气流中稳定不动时的垂直速度为ut0, 与沉降速度相等 (2)颗粒水平运动方程 利用类比关系 当dp和l 给定时， ①以时间τ为变量，水平运动的准则数方程 （3)不同Re下的颗粒水平运动方程 ① 当Re1.0时，　属Stockes区 2、颗粒群的运动 1）颗粒群在水平管内运动方程 2）颗粒群在斜管内运动方程 3）颗粒群在管道内最终理论速度 颗粒群在管道内被输送，经一定时间后，加速度为零 3）颗粒群在管道内最终理论速度 讨论： Φm越小，ξD越大，则ψ最终值越小，加速所需时间和距离相对较短； 细小粉体和较大颗粒直径若相差10倍，umt可能相差10倍以上； 对于Φm，ξD 一定条件下，与水平运动相比，垂直上升最终ψm较小； 水平运动时，大小颗粒的ψ-Tm曲线相近，垂直运动时相反。 3）颗粒群在管道内最终理论速度 讨论： 当流体密度ρf与颗粒密度ρs接近时，有关方程需作修正， §5－3 流化床气固流动特性 §5－3 流化床气固流动特性 1、流化区域 1) 固定床 颗粒间无相对