化工流体流动与传热 学时.ppt

第一页，共三十三页，2022年，8月28日 二、颗粒床层的特性 1.床层的空隙率 定义 符号 单位 床层中颗粒之间的空隙体积与整个床层体积之比。 m3/m3 影响因素 第二页，共三十三页，2022年，8月28日 二、颗粒床层的特性 依定义 测定方法 床层表面 （水面） 充水法 床层 体积 充水 体积 乱堆床层的空隙率 第三页，共三十三页，2022年，8月28日 二、颗粒床层的特性 2.床层的比表面积 定义 符号 单位 单位体积床层中具有的颗粒表面积（颗粒与流体接触的表面积）。 m2/m3 若忽略颗粒之间接触面积的影响 颗粒比表面积 第四页，共三十三页，2022年，8月28日 3. 床层的自由截面积 床层截面上未被颗粒占据的、流体可以自由通过的面积— 床层的自由截面积。 小颗粒乱堆床层特性 床层的各向同性； 自由截面积与床层截面积之比在数值上与床层 空隙率相等。 在壁面附近的自由截面积较大— 壁效应。 二、颗粒床层的特性 第五页，共三十三页，2022年，8月28日 4. 床层的当量直径 设 二、颗粒床层的特性 流体流过固定颗粒床层 固定床 床层的简化模型 将床层中不规则的通道假设成长度为 L、当量 直径为deb的一组平行细管； 细管全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积； 细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。 第六页，共三十三页，2022年，8月28日 二、颗粒床层的特性 床层的当量直径为 第七页，共三十三页，2022年，8月28日 以 1m3 床层体积为基准 二、颗粒床层的特性 细管的全部流动空间等于床层的空隙体积 设 则 m3 第八页，共三十三页，2022年，8月28日 5. 流体通过床层的压降 二、颗粒床层的特性 流体通过一组平行细管流动的压降为 床层 高度 实际速度 （空隙速度） 空床 速度 （1）床层压降计算通式 第九页，共三十三页，2022年，8月28日 二、颗粒床层的特性 代入有关关系式得 床层压降 计算通式 流体通过床层的摩擦系数 床层雷诺数 第十页，共三十三页，2022年，8月28日 二、颗粒床层的特性 （2）床层摩擦系数的测定 ① 康采尼（Kozeny）实验结果 在层流情况下 康采尼常数 通常 故 康采尼方程 第十一页，共三十三页，2022年，8月28日 二、颗粒床层的特性 在较宽的 Reb范围内 故 ② 欧根（Ergun）实验结果 第十二页，共三十三页，2022年，8月28日 二、颗粒床层的特性 由 得 欧根 方程 只取前项 只取后项 第十三页，共三十三页，2022年，8月28日 3.1 概 述 3.1.1 非均相物系及其分离方法 3.1.2 颗粒及颗粒床层的特性 3.2 沉降分离 3.2.1 重力沉降 颗粒与流体之 间的相对运动 第三章 第十四页，共三十三页，2022年，8月28日 一、球形颗粒的自由沉降 在重力作用下发生的沉降过程 — 重力沉降。 1.重力沉降过程 表面光滑的刚性球形 颗粒置于静止流体中 重力沉降过程 设 若 颗粒 密度 流体 密度 则 颗粒在流体中沉降 静止流体 球形颗粒 示例 沉降法除尘 第十五页，共三十三页，2022年，8月28日 一、球形颗粒的自由沉降 2.沉降颗粒受力分析 沉降颗粒的受力情况 颗粒在流体中沉降所受力 重力 重力 阻力 浮力 浮力 阻力 颗粒直径 阻力系数 颗粒相对于流体的沉降速度 第十六页，共三十三页，2022年，8月28日 一、球形颗粒的自由沉降 由牛顿第二运动定律 其中 颗粒垂直于运动方向的投影面积 或 第十七页，共三十三页，2022年，8月28日 一、球形颗粒的自由沉降 3.沉降速度 颗粒沉降过程分析 颗粒作匀速沉降 颗粒开始沉降瞬间 当 颗粒沉降后 ～ ～ 沉降 速度 匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度—沉降速度。 加速阶段 匀速阶段 第十八页，共三十三页，2022年，8月28日 一、球形颗粒的自由沉降 由 当 故 沉降速度 表达式 终端速度（自由沉降速度） 第十九页，共三十三页，2022年，8月28日 二、阻力系数 阻力系数 影响因素 其中 湍流区 过渡区 滞流区 第二十页，共三十三页，2022年，8月28日 二、阻力系数 三个 区域 层流区或斯托克斯（Stokes）定律区 过渡区或艾仑（Allen）定律区 湍流区或牛顿（Nuwton）定律区 第二十一页，共三十三页，2022年，8月28日 二、阻力系数 将阻力系数代入沉降速度表达式得 沉降速度 层流区 斯托克 斯公式 过渡区 艾仑 公式 湍流区 牛顿 公式 第二十二页，共三十三页，2022年，8月28日 三、影响沉降速度的因素 2.颗粒的体积分数 当 颗粒的体积分数 0.2% 各沉降速度关系式计算偏差 1% 忽略颗粒体积分数的影响 当颗粒的体积分数较