第四章(1-2)颗粒及流体间的相对流动.ppt

第四章 颗粒流体力学基础与机械分离 第一节 流体绕过颗粒及颗粒床层的流动 第二节 颗粒在流体中的流动 第三节 固体流态化 第四节 非均相物系的分离 4.1 沉降 4.2 过滤 概述 在化工、食品生产中，经常遇到非均相混合物的分离及流动问题，其中最常见的有： a.从含有粉尘或液滴的气体中分离出粉尘或液滴；? b.从含有固体颗粒的悬浮液中分离出固体颗粒；? c.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）。 上述过程均涉及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。故本章先介绍流体绕过颗粒、颗粒床层的流动以及颗粒在流体中的流动。 本章重点内容 固体的流态化过程，流化床的类似液体的性质；流化床的类型；流化过程的阻力变化； 重力沉降的基本原理，重力沉降速度的定义及其计算，降尘室的工艺计算； 离心沉降的基本原理，离心沉降速度及其计算，旋风分离器的特点及计算； 过滤操作的基本原理，恒压过滤方程式及其应用，过滤常数的计算方法，常用过滤机的结构、操作及洗涤特点、相关计算。 本章难点 非球形颗粒的表示方法； 干扰沉降速度的计算； ?可压缩滤饼比阻随压强的变化； 洗涤速率与过滤速率的关系。 第一节 流体绕过颗粒及颗粒床层的流动 1.1 颗粒及颗粒床层的特性 单颗粒的特性参数 颗粒群(混合颗粒)的特性参数 颗粒床层的特性 1.2 流体与颗粒间的相对运动 流体绕过颗粒的流动 流体通过颗粒床层的流动 1.1 颗粒及颗粒床层的特性 一、单个颗粒的性质 表示颗粒大小的几何参数：大小（尺寸）、形状、表面积（或比表面积）。 形状规则的颗粒： ???? 大 小：用颗粒的某一个或某几个特征尺寸表示，如球形颗粒的大小用直径dp表示。 ???? 比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，其单位为m2/m3 ，对球形颗粒为： 形状不规则的颗粒： (1)颗粒的形状系数：表示颗粒的形状，最常用的形状系数是球形度Φs，它的定义式为 ： (2) 颗粒的当量直径： a.等体积当量直径dev，即体积等于球形颗粒体积的直径为非球形颗粒的等体积当量直径： 二、颗粒群的特性 粒度分布(Particle size distributions)： 任何颗粒群中，粒度大小不等的颗粒所形成的一定尺寸分布。 粒度分布测定方法：常用筛分法，再求其相应的平均特性参数。 颗粒粒度(Particle size)测量的方法 筛分法(Sieve method) 显微镜法(Microscopic method)、 沉降法(Sedimentation)、 电阻变化法(Measuring resistance strain/variance)、 光散射与衍射法 (Light attenuation and diffractometry)、 表面积法(Specific surface method)等等。 注：上述方法基于不同的原理，适用于不同的粒径范围，所得的结果也往往略有不同 (1) 颗粒的筛分尺寸 (2)颗粒群的平均特性参数 颗粒群的平均粒径有不同的表示法，常用等比表面积当量直径来表示颗粒的平均直径，则混合颗粒的平均比表面积αm为： 三、颗粒床层的特性 (1)床层的空隙率:单位体积颗粒床层中空隙的体积为床层的空隙率ε，即： (2)床层的比表面积 单位体积床层中颗粒的表面积称为床层的比表面积。若忽略因颗粒相互接触而减小的裸露面积，则床层的比表面积αb与颗粒的比表面积α的关系为： (4) 床层的各向同性 对于乱堆的颗粒床层，颗粒的定位是随机的，所以堆成的床层可认为各向同性，即从各个方位看，颗粒的堆积都是相同的。 (4)床层通道特性 固体颗粒堆积所形成的孔道的形状是不规则的、细小曲折的。 许多研究者将孔道视作流道，并将其简化成长度为Le的一组平行细管，并规定：（1）细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面；（2）细管的全部流动等于颗粒床层的空隙容积。则这些虚拟细管的当量直径de为: 影响床层通道特性的因素：与床层颗粒的特性有关。 颗粒的粒度：粒度愈小则所形成的通道数目愈多，通道截面积也愈小； 粒度分布的均匀性和颗粒表面状况： 粒度分布愈不均匀和表面愈粗糙的颗粒所形成的通道就愈不规则，计算流体流动时应折算成当量直径(也称为水力直径)。 1.2 流体与颗粒间的相对运动 一、流体绕过颗粒的流动 (一)、流体绕颗粒的流动状态 (二)、流体绕颗粒流动时的作用力 在流体与颗粒组成的非均相物系中，流体与颗粒间的相对运动有三种： a.流体流过静止颗粒表面；b.颗粒在静止流体中运动；c.流体与颗粒均处于运动状态，但二者之间维持一定的相对速度。 就流体对颗粒的作用力而言，只要相对运动速度相同，上述三者之间