化工原理第五章01.ppt

第五章 颗粒的沉降和流态化 * 1 概述 1.1 工业背景 重力沉降—除尘 旋风分离器—回收细颗粒催化剂 粒级分离—浮选矿物 金矿粒与沙粒 气流粉碎—细颗粒制备 流化床—干燥， 化学反应 气力输送—颗粒输送 2 颗粒的沉降 2.1绕流 流体流动可分为两类：①内部流动—管流 ②外部流动—绕流 绕流可发生在下列系统中： 固-流(气、液)，液-液，气-液，液-气 本章分析典型的系统： 固-流（气，液） 2.2两种曳力 研究对象：物体受力运动 1．固动，流静 2．固静，流动 3．固动，流动 阻力—曳力是一对力 流体受到固体给的力—阻力 固体受到流体给的力—曳力 静止流体中： 曳力=形体曳力+表面曳力 2.3 曳力和曳力系数 对于球体，爬流时( 2) Stokes 理论解： 表面曳力=2πμdpu 形体曳力=πμdpu 表面曳力为主 斯托克斯定律 Fd=3πμdpu 非爬流时如何？ 按牛顿定律：F与单位 时间产生的动量有关 单位时间排开流体的量 m=Apuρ Ap指向下的最大投影面积 设排开速度u2与下落速度u成正比， 则FD∝mu∝Apρu2 定义曳力系数ζ 实验测定 ζ~ Rep 用三段曲线来表示ζ~关系 Re2 Re=2~500 Re=500~2×105 实验1 流线型物体与圆球曳力比较 (重量相同, 迎风面相同) 实验2 光球与毛球曳力比较 打高尔夫球 同样的力：光球150英尺 毛球230英尺 为什么？ 汽车 汽车 汽车 汽车 汽车 汽车 2.4 自由沉降 1．沉降速度ut 颗粒在重力、曳力、浮力达到平衡时的相对运动速度。 由力平衡：重力-浮力-曳力=0 可得 为一般计算式 Re2时, 斯托克斯区 得 影响因素 ut是颗粒与流体的综合特性。 ut采用了极限处理方法 2．加速过程的地位 是否重要, 要予以判断 大颗粒，加速时间长，走过距离长, 几乎一直在加速。 小颗粒，加速时间短，走过距离短, 加速段可忽略。 例1 斯托克斯区加速段 由 及τ=0, u=0得 当dp=0.18mm, ρp=1600kg/m3的颗粒 在20℃水中沉降， 加速到u=0.99ut所需时间为0.013秒， 所走距离0.11mm。 3.沉降计算 公式： 分三段区域表达， 为判据 变量：dp, ut, μ, ρp, ρ, ζ共6个 待求变量为dp, ut, μ之一，都在判据中 计算：先设沉降区域，算完后再验证Re 试差原因：判据包含了待求变量 改进判据： 由 和 恰当组合，消去待求变量 组成新判据 ζRe2可消去ut ζ/Re可消去dp 例2 斯托克斯区判据值 Re2, 由 得 ζ12 则 ζRe2 48, ζ/Re6 2.5 实际沉降 1．群体颗粒相互干扰, 器壁干扰 2．分子运动 dp太小(0.5μm)，与分子 自由程可比，粘度不再适用。 3. 非球形 实际速度偏小 等沉降速度当量直径de 如斯托克斯区 * * *