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第三章颗粒与流体之间的相对运动;3.0.2非均相物系的分类;3.0.3连续相与分散相;3.0.4非均相物系别离的目的;3.0.5非均相物系的别离方法;3.1颗粒及颗粒床层的特性;2.非球形颗粒:常用颗粒的当量直径和球形度表示其特性。
(1)体积当量直径de:与实际颗粒体积Vp相等的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的当量直径。即:
(2)外表积当量直径ds:外表积等于实际颗粒外表积Sp的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的外表积当量直径。即:
(3)比外表积当量直径da:比外表积等于实际颗料比外表积ap的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的比外表积当量直径。即:
工程上常用de。;(4)形状系数;3.颗粒群的特性;它的各个筛用其筛网上每英寸长度上的孔数作为筛号,也称为目,且每个筛的筛网金属丝的直径也有规定,因此一定目数的筛孔尺寸一定(见表3-1)。如100号筛,1英寸长有筛孔100个,它的筛网的金属丝直径规定为0.0042in,故筛孔的净宽度为:(1/100-0.0042)=0.0058in=0.147mm,因而筛号愈大,筛孔愈小,相邻筛号的筛孔尺寸之比为20.5(即筛孔面积按2的倍数递增)。
筛分时,将一系列的筛按筛号大小次序由下到上叠起来,最底为一无孔底盘。把要筛分的颗粒群放在最上面的筛中,然后将整叠筛均衡的摇动(振动),小颗粒通过各筛依次下落。对每一筛,尺寸小于筛孔的颗粒通过而下落,称为筛下产品;尺寸大于筛孔的颗粒留在筛上,称为筛上产品。振动一定时间后,称量每个筛上的筛余物,得到筛分分析的根本数据。;b.粒度分布表示法:
筛分得到各筛网上筛余物的颗粒尺寸,应在上层筛孔尺寸和该层筛孔尺寸范围之内,一般定义第i层筛网上颗粒的筛分尺寸dpi为:
dpi=(di-1+di)/2
式中:di-1——第i-1层筛网的筛孔尺寸,mm;
di——第i层筛网的筛孔尺寸,mm。
根据其筛分尺寸dpi和对应筛余物的质量分率
可得到颗粒群的粒度分布,分别以表格,图示或分布函数曲线表示之。;(2).平均粒径;3.粒子的密度;3.1.2颗粒床层的特性;单位体积床层所具有的颗粒的外表积称为床层的比外表积,假设忽略因颗粒相互接触而减少的裸露面积,那么:
ab=(1-ε)a
3.1.2.3.床层的各向同性
在工业上小颗粒的床层采用乱堆方式堆成,这时颗粒的定位是随机的,所以堆成的床层可认为是各向同性(意指从各个方向看,颗粒的堆积情况都是相同的)。
各向同性床层的重要特点是:床层横截面上可供流体通过的自由截面(即空隙截面)与床层截面之比在数值上等于空隙率。在近壁处,由于壁面形状的影响,导致颗粒分布与床层中间不同,称为壁效应,这时表现为各向不同性,它导致流体通过时出现沟流等现象。;3.2沉降别离原理及方法;设直径为d、密度为ρs的光滑球形颗粒在密度为ρ,粘度为μ的静止流体中作自由沉降。此时颗粒受到阻力、浮力和重力的作用,其中阻力是由摩擦引起的,随颗粒与流体间的相对运动速度而变,仿照管内流动阻力计算式:;根据牛顿第二运动定律:
Fg-Fb-Fd=ma
即:;等速阶段里颗粒相对于流体的运动速度ut称为“沉降速度〞。沉降速度就是加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度,因此亦称“终端速度〞。
由于工业上沉降操作所处理的颗粒往往甚小,因而颗粒与流体间的接触外表相对较大,故阻力随速度增长很快,可在短时间内便与颗粒所受的净重力相平衡。所以在重力沉降过程中,加速阶段常常可忽略不计。
等速阶段:a=0时,u=ut;3.2.1.2阻力系数ζ;将ζ、Ret计算式代入沉降速度根本方程式中,得各区域内沉降速度公式:;3.2.1.3影响沉降速度的因素;3.干扰沉降的影响;4.器壁效应的影响;3.2.1.4球形颗粒沉降速度的计算;2.无量纲数群判别法;计算步骤:;(2)ut求d;计算步骤:;3.摩擦数群法;计算步骤:;(2)ut求d;计算步骤:;直径为80μm,密度为3000kg/m3的固体颗粒在25℃水中自由沉降,试计算其沉降速度。
解:法一:试差法。假设颗粒在层流区沉降。查P494附录六,得25℃水密度为996.9kg/m3,粘度为0.8973×10-3Pa.s。那么;法二:无量纲数群判断法;法三:摩擦数群法;3.2.1.4非球形颗粒的自由沉降速度;3.2.1.5重力沉降设备;降尘室一般为矩形方体设备,其长、宽和高分别用l、b、H表示,两端分别为含尘气体进口和净化气出口,气体流量为Vs,m3/s。
设气体通过降尘室的时间为θ:
;VS≤ut·lb
可见,从理论上讲降尘室的生产能力只与其沉降截面积bl及颗粒的沉降速度ut有关,而与其高度H无关。故可将降尘室做成多层,室内均
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