5.颗粒沉降和流态化.pptVIP

5.颗粒的沉降和流态化 ;5.1 概述 ;5.2.1流体对固体颗粒的绕流动 (1)曳力(Drag)与阻力(Residence)的关系 当流体以一定速度绕过颗粒流动时，流体与颗粒之间产生一对大小相等、方向相反的作用力，将流体作用于颗粒上的力称为曳力，而将颗粒作用于流体上的力称为阻力。????; 形体曳力和表面曳力的影响因素: ?????? 为压力改变所导致的曳力，主要取决于颗粒的形状和位向，称为形体曳力；而 则是由于流体和颗粒表面的摩擦所导致的曳力，主要由颗粒表面积的大小决定，称为表面曳力。;??(2)?曳力系数 流体沿一定方位绕过形状一定的颗粒时，影响曳力的因素可表示为：FD=F(L、μ、ρ、u) 其中 L为颗粒的特征尺寸，对于光滑球体，L 即为颗粒的直径dp 。应用因次分析可以得出关系式：;;随着Rep增大，球面上边界层脱体，形成尾流（旋涡），形体曳力增大，见图a Rep500，形体曳力为主， ξ=0.44，曳力与流速平方成正比 Rep2×105 尾流区收缩， ξ由0.44突降至0.1左右，见图b;2 颗粒在流体中的流动 ??在力场中，流体中的颗粒受到三个力的作用：(1)质量力 ,通常为重力或离心力。其大小可表示为： 重力场Fg=mg 离心力场FC=mrω2 球形颗粒 m=πdp3ρp/6 (2)浮力Fb，依阿基米德定律， 浮力在数值上等于同体积流体 在力场中所受的场力，故 重力场 Fb= mg ρ / ρP 离心力FC=mrω2 ρ / ρP (3)曳力FD ;;;颗粒在力场中的运动阶段 分为两个阶段：加速段和恒速段。???? 随着颗粒运动速度的增大，颗粒所受的曳力也不断增大，必存在某一时刻使颗粒所受的诸力之和为零，从此时起，颗粒将在流体中作匀速运动，这时颗粒的运动速度称为终端速度。 ; stokes区 ut∝d2 说明同一物系，大颗粒易沉降； ut∝1/μ 在同一物系，不同的操作条件（t不同） 气-固 t↑→μ↑→ut↓ 液-固 t↑→μ↓→ut↑ 即高温对气-固分离不利，对液-固分离有利 ut∝（ρs-ρ）; ; 试差法计算颗粒的沉降速度? ???? 计算步骤为：先假设沉降属于某一区域，按此区内的公式求出ut，再核算Rep以校验最初的假设是否正确，如不正确，需重新试算。 ?2)非球形颗粒的自由沉降????球形度影响颗粒的沉降速度。当Rep相同时，颗粒的球形度越小，其沉降速度也越小。3)大小不均匀颗粒的沉降????为使颗粒与流体达到规定分离程度，在计算沉降速度时，应以能够达到规定分离程度的最小颗粒的沉降速度为准。4) 影响沉降速度的其他因素????主要要考虑端效应和壁效应、颗粒浓度（干扰沉降）、气泡和液滴及分子运动的影响。 ; 2 干扰沉降? ????当流体中颗粒的含量较大时，颗粒沉降时彼此影响，这种沉降称为干扰沉降。干扰沉降时一方面由于大量颗粒向下沉降而使流体被置换而产生显著的向上运动，造成颗粒沉降速度小于自由沉降速度，另一方面，大量颗粒的存在，也使流体的表观密度和表观粘度（即混合物的密度和粘度）都增大，所有这些因素都使颗粒的沉降速度减小。 ? 壁效应和端效应?? ????当颗粒直径 与容器直径D相比不算太小时，容器壁面会对颗粒的沉降产生影响，使其受到较大的曳力。一般dp/D 0.01时，就显出器壁的影响，使沉降速度减小。? ? 3 流体分子运动的影响? ????当颗粒直径小到可与流体分子的平均自由程相比拟时（如2~3μm以下），颗粒作不定向和随机性运动，它们可穿过流体分子的间隙，使沉降速度大于斯托克斯定律计算的数值。另一方面，细颗粒的沉降将受流体分子碰撞的影响，当颗粒直径小于0.1μm时，布朗运动的影响起主要作用，难以用重力沉降法除去流体中的颗粒。; 4 气泡和液滴的运动? ???????? 液滴与气泡在流动中会变形和产生内部循环流动。它们在流动时受到形体曳力的作用而有压扁的趋向，而表面张力的存在则有会使其保持球形状。当颗粒尺寸较小（如小于0.5mm左右）时，由于单位体积的表面能很大，几乎保持球形，则可用前述计算公式来求沉降或浮升速度；当颗粒尺寸较大时，由于液滴或气泡在曳力作用下的变形及其内部的流体产生循环运动的影响，都将影响到曳力系数和沉降速度，因此，就与刚性的固体颗粒有所不同，前述公式不再适用，应该参阅有关资料来考虑。 ;5.3.1 重力沉降设备（降尘室；沉降槽） 基本特征：体积大。 利用重力沉降分离气—固非均相混合物时，称为降尘室，分离液—固非均相