第一章 能量传输14.ppt

* * * * 第十四讲： 两相动量传输简介 一、本课的基本要求 ⒈ 了解气固两相流动的三种状态 ⒉ 了解孔隙度及料块比表面积的概念 ⒊ 掌握埃根方程的应用 第一章 动量传输 二、本课的重点、难点： 重点：埃根方程的应用。 难点：埃根方程的推导及应用。 第一章 动量传输 §1.7 两相动量传输简介 两相流动：气-液两相，气-固两相共同存在时的流动。 1.7.2 气-固两相流动 固相：粒状的固体料块和由料块堆集的散料层，气-固两相流动可视为气体 通过料块或散料层的流动。 举例：炼铁生产过程的下降炉料与上升煤气的流动，喷粉气 动输送过程。 ⒈ 气-固两相流动的三种状态 第一章 动量传输 浮力： N 3 S a d 6 g G × p × = r p 重力： N S 3 S s d 6 g G × × = r 合成下降力 N 拖力(对气体而言是阻力)： N ⒉ 固定料层流动（炼铁方向） 目的：求解散料层阻力损失，即气体通过散料层产生的压力降。 第一章 动量传输 ? ? ? ? ? ? ? ? ? í ì = 喷粉脱硫、高炉喷吹 气动输送过程 料块随气流上升 料块悬浮于气流中 沸腾状态 流化料层流动 料块于原位不动 气体在料块孔隙间流过 炉 炼铁高炉、化铁炉等竖 固定料层流动 料块于气流中下降 F G F G F G ) ( ) ( 方法：管束理论。 ⑴ 埃根方程 先介绍几个有关的定义： Vb?孔隙总体积；S?孔隙总表面积。 ① 孔隙的当量直径： (1) ② 孔隙度： (2) V0?料层总体积；A?孔隙的总截面积；A0?料层的总截面积； (3) VS?料块的体积。 第一章 动量传输 ③ 料块的比表面积: 单位体积料块所具有的孔隙表面积，以S0表示，则 (4) 实际 ④ 截面空速： (5) 将(2)、(4)代入(1)得： (6) 根据管流摩阻的解析式， P57 (1-4-5a) 第一章 动量传输 可将作为管束看待的散料层降表达为： (7) k?待定阻力系数。 (5)、(6)代入(7) 将上式改写为: ?修正阻力系数； ?修正雷诺准数。 通过实验确定 (8) 第一章 动量传输 埃根等人通过大量的实验工作获得： 将f C及ReC代入(9)式，整理得： (10) 均匀球形料块： ，代入上式得 第一章 动量传输 ) ( 9 ? C C C ? ? í ì + = = = . . ) ( . ) ( . ) ( 292 0 Re 2 4 f 100 Re 2 292 0 f 100 Re Re 2 4 f 2 Re C C C C C 过渡区 紊流区 层流区 埃根方程 (11) ⑵ 埃根方程的修正： 根据散料层的特性(孔隙度?、比表面积S0)修正，还要考虑到 料层围壁的影响。 ① 孔隙度 ?： 料块的形状颗粒的组成，料块的排列方式。一般情况是根据实测 数据来确定。 ② 比表面积S0及形状系数?： 均匀球形料块： 例如：高炉炼铁的矿石、焦炭、石灰等都不是球形，都有一定的形状系数。 第一章 动量传输 均匀非球形料块： DS?同体积球体直径。 粒度大小不等的料块： ?平均筛分直径； xi ?质量分率，d i ?两筛几的平均直径。 360 330 270 180 60 0 360克质量(g) 175 150 125 100 75 50 直径小于(?m) 第一章 动量传输 代入(10)式得 ： 埃根方程的另一形式 (12) DS不易确定，Dcp计算结果近似，较为实际的方法是以(10)式 直接计算压降，而料块的S0则通过实验确定。 ③ 围壁效应: 现象：高炉上料时的自动筛分现象。 边缘：?大，气流多。 中心：?小，气流少。 引起气流分布不均?围壁效应。 通过实验得出围壁效应对埃根方程的影响，由实验结果可知 第一章 动量传输 设计高炉时，应注意避免围壁效应?矮胖型。 ⑶ 埃根方程的应用: 高炉生产。例如：计算气体通过散料层的流量及压降、料层的透气性指数； 分析气体压力对散料层压降的影响。 ① 气体通过散料层的流量 紊流状态，则由(10)式得: 即 料层结构一定 m/s 第一章 动量传输 流量 m3/s kD?料层渗透系数，由实验确定。 ② 散料层的透气性指数 透气性指数说明散层气体流量与压降的特