流体相对颗粒（床层）的流动及机械分离（1）.pptVIP

第3章 流体相对颗粒(床层)的流动及机械分离 3.1 概述 非均匀混合物的分离及流动： ① 从含有粉尘或液滴的气体中分离出粉尘或液滴； ② 从含有固体颗粒的悬浮液中分离出固体颗粒； ③ 流体通过由大量固体颗粒堆集而成的颗粒或床层的流动 （如过滤、离子交换器、催化反应器等）。 均涉及到流体相对于固体颗粒及颗粒床层流动时的基本规律以及与之有关的非均相混合物的机械分离问题。 3.2 颗粒及颗粒床层的特性 3.2.1 单颗粒的特性参数 (1) 描述颗粒形状 ①　颗粒的球形度φ 表明：颗粒形状接近于球形的程度； φ↑，则颗粒越接近于球形。 球形颗粒： 球形颗粒 非球形颗粒 ②　颗粒的比表面积 a 说明：V相同时，a ↓，则颗粒越接近球形。 a 与φ关系： 球形颗粒比表面积： (2) 描述颗粒大小 ① 等体积当量直径 dv 指：与颗粒体积相等的球形颗粒的直径。 dV 与 a、φ关系： ② 等比表面积当量直径 da 与非球形颗粒比表面积相等的球形颗粒的直径 3.2.2 混合颗粒的特性参数 (1) 颗粒的筛分尺寸 标准筛：有不同的系列，常用泰勒标准筛。 筛号(目数)：每英寸长度筛网上的筛孔数目； 筛过量：通过筛孔的颗粒量； 筛余量：截留于筛面上的颗粒量。 ①　颗粒的筛分尺寸 ② 筛分尺寸与颗粒特性参数的关系 颗粒不是明显的长或短： 颗粒在某方向上略长： (2) 颗粒群的平均特性参数 ① 平均比表面积： di-1 di di+1 di+2 ② 颗粒群的等比表面积当量直径 3.2.3 颗粒床层的特性 (1) 床层空隙率 ① 定义：床层中，空隙所占体积分率。 表明： 床层堆积的松散程度； ε↑，空隙越大，床层越松散； ε对流体流过床层的阻力影响很大。 L u ② 影响床层空隙率的因素 （a）装填方法：干装 湿装 （b）颗粒特性的影响 颗粒形状： 靠壁面处： 粒径分布： ③ 空隙率测量---充水法、称量法 (2) 床层的自由截面积 即：床层中空隙的面积(流体的流通截面积)。 自由截面积分率： S0与ε关系：同样表明颗粒堆积的松散程度 均匀颗粒，则S0↑，ε↑。 (3) 床层的比表面积 aB 忽略颗粒相互重叠减少的面积，则： ①　颗粒静止，流体绕过颗粒流动； ②　流体静止，颗粒流动； ③　颗粒和流体都运动，维持一定相对速度。 3.3.1 流体绕过颗粒的流动 (1) 曳力 阻力：颗粒对流体的作用力； 曳力：流体对颗粒的作用力。 流体和颗粒相对运动的情况： 3.3 流体和颗粒的相对运动 不同颗粒的形状 物体的不同形状和位向对曳力的影响 (a) 平板平行于流向 (b) 平板垂直于流向 (c) 流线型物体 水平方向，颗粒所受曳力： 流体流过固体时，固体表面的受力情况： 作用在颗粒上的曳力 　影响曳力的因素： (2) 曳力系数 ①　球形颗粒 总曳力计算： 曳力系数ξ与ReP的关系：（1）圆球（2）圆盘（3）圆柱 实验获得ξ与Rep的关系： 10-4 10-3 10-2 10-1 1.0 10 102 103 104 105 106 10-1 1.0 10 102 103 105 ReP ξ （1） （2） （3） 层流区： 过渡区： 湍流区： 湍流边界层区： ②　非球形颗粒的曳力系数 计算方法： ◇　近似用球形颗粒公式，ds→da 或 dV； ◇　实测ξ-Rep 关系。 3.3.2 颗粒与流体的相对运动 (1) 颗粒在力场中的受力分析 合力： ① 质量力 ② 浮力 ③ 曳力 颗粒受力分析 Fe FD Fb (2) 颗粒的运动情况 运动方向：沿合力方向 颗粒运动的两个阶段：加速阶段、恒速阶段 简化：加速阶段很短，忽略不计。认为全过程中，颗粒匀速运动。 ① 加速阶段： ② 恒速阶段： 终端速度 : 颗粒在流体中匀速运动的速度。 颗粒受力分析