化工原理 伯努利方程

1、伯努利方程  流體宏觀運(yùn)動(dòng)機(jī)械能守恒原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式。1738年瑞士數(shù)學(xué)家D.伯努利在水動(dòng)力學(xué)關(guān)于流體中力和運(yùn)動(dòng)的說(shuō)明中提出了這一方程。它可由理想流體運(yùn)動(dòng)方程（即歐拉方程）在定態(tài)流動(dòng)條件下沿流線(xiàn)積分得出；也可由熱力學(xué)第一定律導(dǎo)出。它是一維流動(dòng)問(wèn)題中的一個(gè)主要關(guān)系式，在分析不可壓縮流體的定態(tài)流動(dòng)時(shí)十分重要，常用于確定流動(dòng)過(guò)程中速度和壓力之間的相互關(guān)系。 方程的形式 對(duì)于不可壓縮的理想流體，密度不隨壓力而變化，可得：Zg+常數(shù)式中Z為距離基準(zhǔn)面的高度;P為靜壓力;u為流體速度;為流體密度;g為重力加速度。方程中的每一項(xiàng)均為單位質(zhì)量流體所具有的機(jī)械能，其單位為N·m/kg，式中左

2、側(cè)三項(xiàng)，依次稱(chēng)為位能項(xiàng)、靜壓能項(xiàng)和動(dòng)能項(xiàng)。方程表明三種能量可以相互轉(zhuǎn)換，但總和不變。當(dāng)流體在水平管道中流動(dòng)時(shí)Z不變，上式可簡(jiǎn)化為： 常數(shù)此式表述了流速與壓力之間的關(guān)系:流速大處壓力小,流速小處壓力大。 對(duì)于單位重量流體,取管道的1、2兩截面為基準(zhǔn),則方程的形式成為： 式中每一項(xiàng)均為單位重量流體的能量，具有長(zhǎng)度的因次，三項(xiàng)依次稱(chēng)為位頭、靜壓頭和動(dòng)壓頭（速度頭）。 對(duì)于可壓縮理想流體，密度隨壓力而變化。若這一變化是可逆等溫過(guò)程，則方程可寫(xiě)成下式： 若為可逆絕熱過(guò)程，方程可寫(xiě)為： 式中為定壓比熱容和定容比熱容之比，即比熱容比，也稱(chēng)為絕熱指數(shù)。對(duì)于粘性流體，流動(dòng)截面上存在著速度分布，如用平均流速表達(dá)動(dòng)

3、能項(xiàng)，應(yīng)對(duì)其乘以動(dòng)能校正系數(shù)。此外,還需考慮因粘性引起的流動(dòng)阻力,即造成單位質(zhì)量流體的機(jī)械能損失f ，若在流體流動(dòng)過(guò)程中，單位質(zhì)量流體又接受了流體輸送機(jī)械所做的功W，在這些條件下,若取處于均勻流段的兩截面1和2為基準(zhǔn)，則方程可擴(kuò)充為： 值可由速度分布計(jì)算而得, 流體在圓管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)=2；作湍流流動(dòng)時(shí)，1.06。 方程的應(yīng)用 伯努利方程闡明的位能、動(dòng)能、靜壓能相互轉(zhuǎn)換的原理，可用來(lái)分析計(jì)算一些實(shí)際問(wèn)題，例如： 計(jì)算流體從小孔流出的流速 設(shè)在容器中盛有液體，液面維持不變,距液面下處的容器壁面上開(kāi)有一小孔，液體在重力作用下自小孔流出。據(jù)伯努利方程可以計(jì)算出液體由小孔流出時(shí)的平均流速為： 式中d為

4、孔流系數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)確定，約為0.610.62；g為重力加速度。由上述速度及已知的小孔面積,可算出通過(guò)小孔的流量；或由這一關(guān)系，計(jì)算確定達(dá)到一定流量所必須維持的液面高度。若氣體在一定壓力差作用下由容器壁上的小孔流出，當(dāng)速度不過(guò)大時(shí)，可視為不可壓縮流體，其流量也可以利用伯努利方程來(lái)估計(jì)。畢托管 設(shè)均勻氣流以等速0繞過(guò)某物體流動(dòng)，氣流受阻后在物體前緣（A處）停滯，形成駐點(diǎn)（圖1駐點(diǎn)），該點(diǎn)處的壓力稱(chēng)為駐點(diǎn)壓力A 。若未受擾動(dòng)的某點(diǎn)O壓力為o，由伯努利方程可得 測(cè)出A與o的差值, 即可算出流速0。據(jù)此原理計(jì)設(shè)的測(cè)速裝置，稱(chēng)測(cè)速器,又稱(chēng)畢托管。畢托管（圖2畢托管結(jié)構(gòu)）由一個(gè)圓頭的雙層套管組成，在圓頭中

5、心處開(kāi)有與內(nèi)套管相連的小孔,內(nèi)套管與測(cè)壓計(jì)的一頭聯(lián)接,以測(cè)定駐點(diǎn)壓力A；在外套管側(cè)表面一定距離處，沿周向均勻地開(kāi)一排與管壁垂直的靜壓孔，外套管與測(cè)壓計(jì)的另一頭相聯(lián)，以測(cè)定壓力0。根據(jù)測(cè)得的壓力差h,可計(jì)算測(cè)點(diǎn)處的流速。 文丘里管 又稱(chēng)文氏管(圖3 文丘里管)，是一種先收縮而后逐漸擴(kuò)大的管道。由于截面積有變化，流速改變，根據(jù)伯努利方程，壓力也隨之改變。量出管前與喉管處的壓力差，即可推算流量。用于測(cè)量流量的文丘里管，稱(chēng)文丘里流量計(jì)。又由于文丘里管喉部形成高速氣流，會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓而抽吸液體，使氣液密切接觸，用于完成氣體的洗滌、冷卻、吸收和反應(yīng)等操作。用于這類(lèi)操作的文丘里管稱(chēng)為文丘里洗滌器。 關(guān)

6、于伯努利方程1.伯努利其人1700年1月29日，伯努利出生于瑞士他不僅是一位物理學(xué)家，還是一位數(shù)學(xué)家18世紀(jì)40年代末，他出版了著名的著作流體力學(xué)一書(shū)，書(shū)中用能量守恒定律解決流體的流動(dòng)問(wèn)題，他分析流體流動(dòng)時(shí)壓強(qiáng)和流速的關(guān)系并得出方程，這就是后來(lái)以他的名字命名的伯努利方程，書(shū)中伯努利還明確敘述了分子動(dòng)理論，認(rèn)為氣體作用在器壁上的壓力可以用大量的分子快速來(lái)回運(yùn)動(dòng)來(lái)解釋?zhuān)€發(fā)表了海水潮汐.弦振動(dòng)問(wèn)題等論文，在有關(guān)微積分、微元方程和概率論等數(shù)學(xué)方面，他也做出了卓越的貢獻(xiàn)，在17251749年期間，伯努利曾十次榮獲法國(guó)科學(xué)院年度獎(jiǎng)伯努利通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出：理想流體在做穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流速大的地方壓強(qiáng)小，流速小的

7、地方壓強(qiáng)大(但并非反比關(guān)系)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為p+vgh恒量這就是著名的伯努利方程.2.利用伯努利方程來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題(1)確定靜止液面下深度為h處的壓強(qiáng)如右圖所示，在裝有液體的容器里取液面上的點(diǎn)A和在液面下深h處的點(diǎn)B來(lái)研究，以點(diǎn)B處的水平面作為零(勢(shì)能)參考面，則h1，B，A0又因液體靜止v12，代入伯努利方程得pAgh0gh(2)求液體從小孔中流出的流速設(shè)在液面下深為h的容器壁上有一小孔，液體從小孔中流出，取在液面上點(diǎn)A和小孔處點(diǎn)B來(lái)研究，因?yàn)槿萜鞯慕孛姹刃】椎慕孛娲蟮枚?，所以容器中水面的下降很慢，點(diǎn)A處的液體微粒的流速可以不計(jì)，即vA，以B點(diǎn)處高度為零，則hA，B，點(diǎn)A、B處與大氣接觸，所

8、以pAB0（大氣壓），代入伯努利方程得p0gh0v 即vB(3)測(cè)量流體的流速測(cè)量流體在管中的流速時(shí)，可用下圖所示的儀器， 因?yàn)樗Ｓ脕?lái)測(cè)量氣流速度，所以叫做氣流速度計(jì)，分別把必多管A(必多管是一根一端封閉的彎管，封閉端A光滑微尖，并在靠近封閉端的側(cè)面上開(kāi)有很多的小孔)和一個(gè)管口朝向氣流的管子B(動(dòng)壓管)接在U形管壓強(qiáng)計(jì)上，據(jù)U形管兩邊的液柱的高度差便可求出氣體的流速設(shè)氣體穩(wěn)定流動(dòng)的速度是v，氣體的密度是0，壓強(qiáng)計(jì)內(nèi)液體的密度是0，在管A上小孔處氣體的壓強(qiáng)是pA，管B中氣體的壓強(qiáng)是pB，管B中氣體因受管里流體的阻礙，它的流速等于0，由于管A與管B的端口均在同一高度上且氣體的同一流線(xiàn)上，據(jù)伯努利

9、方程得pv2pB故pBpv2根據(jù)U形管兩邊的高度差h，可求出兩管中的氣體的壓強(qiáng)差為pBp0gh由以上各式得v因此，測(cè)量出h就可以求出氣流的速度(1) 液流和氣流的空吸作用如下圖所示，若在水平管的細(xì)頸處開(kāi)一小孔A，用細(xì)管接入容器B中容器內(nèi)，流動(dòng)液體不但不會(huì)流出，而且容器B中液體可以被吸上去，為研究此原理，做如下推導(dǎo)：設(shè)左上方容器E很大，流體流動(dòng)時(shí)，液面無(wú)顯著下降，液面與出液孔的高度差為h，S和SF分別表示水平管上小孔A與出液孔F處的橫截面積，用表示液體的密度，設(shè)液體為理想流體，取容器E中液面上的點(diǎn)C和水平管上小孔A以及出液孔F處的水作為研究對(duì)象，據(jù)伯努利方程，得到：pCghpvFv又因?yàn)閜CpF

10、0代入上式得到v2FghpA0（）據(jù)流體在水平管中做穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，管中各處的流量vSt不變，有:由上述幾式綜合得到SSA則pAp0gh（）即小孔C處有一定的真空度，因此可將B中液體吸入，這種現(xiàn)象叫做空吸作用不但液流有空吸作用，氣流也同樣有空吸作用，所遵循的規(guī)律也相同，空吸作用的應(yīng)用很廣，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的水流抽氣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的汽化器、蒸汽鍋加水所用的射水器是根據(jù)這個(gè)原理制成的參考資料：中學(xué)物理教學(xué)參考20007 伯努利及方程的應(yīng)用 余學(xué)昌流態(tài)化工程原理內(nèi)容簡(jiǎn)介 固體流態(tài)化技術(shù)是化學(xué)工程領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。流化床具有非常高的傳熱和傳質(zhì)效率與大量處理顆粒的能力，因而在化工、石油加工、能源、環(huán)境保護(hù)、食品加

11、工、藥品生產(chǎn)等領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用。與工業(yè)實(shí)踐緊密相關(guān)的科研工作也由此而異常的活躍，新的科研成果和理論不斷涌現(xiàn)。隨著基礎(chǔ)科研工作和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，流態(tài)化技術(shù)勢(shì)將在更多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。 本書(shū)為第一本在固體流態(tài)化方面的中文專(zhuān)著，由16位海內(nèi)外專(zhuān)家和知名學(xué)者集數(shù)年之精力才得以完成。作為專(zhuān)著，書(shū)中內(nèi)容包括了流態(tài)化方面幾乎所有的重要內(nèi)容。全書(shū)共分11章：第1章介紹流態(tài)化現(xiàn)象及其發(fā)展歷史；第2章提供有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)；第3，4，5章詳述了氣固密相流化床、循環(huán)床及順重力場(chǎng)流化床的流動(dòng)規(guī)律；第6，7章論述流化床的傳熱和反應(yīng)器模型與放大；第8章描述了噴動(dòng)床的基本特性；第9章給出了許多流化床工業(yè)應(yīng)用的實(shí)

12、例；第10章專(zhuān)門(mén)講述流化床的實(shí)驗(yàn)技術(shù)及測(cè)試手段方法；第11章介紹液固散式流態(tài)化和氣液固三相流化床的發(fā)展近況。 本書(shū)可供從事流態(tài)化工作的學(xué)者、科研人員、工程技術(shù)人員、運(yùn)行和管理人員參考，也可作為高等院校化工、石油、熱能及其他有關(guān)專(zhuān)業(yè)的教材和教學(xué)參考書(shū)。  第五節(jié)    固體流態(tài)化本節(jié)內(nèi)容：流態(tài)化的基本概念  流化床流動(dòng)阻力  流化床的主要特點(diǎn)和操作優(yōu)缺點(diǎn)    簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，固體流態(tài)化就是固體物質(zhì)流體化。流體以一定的流速通過(guò)固體顆粒組成的床層時(shí)，可將大量固體顆粒懸浮于流動(dòng)的流體中，顆粒在流體作用下上下翻滾，猶如

13、液體。這種狀態(tài)即為流態(tài)化。    流態(tài)化是目前化學(xué)工業(yè)以及其他許多行業(yè)（譬如能源、冶金等）廣泛使用的一門(mén)工業(yè)技術(shù)。在化學(xué)工業(yè)中主要用以強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)，亦可實(shí)現(xiàn)氣固反應(yīng)、物理加工乃至顆粒的輸送等過(guò)程。3-5-1  流態(tài)化的基本概念一、流態(tài)化現(xiàn)象當(dāng)一種流體自下而上流過(guò)顆粒組成的床層時(shí)，因流速不同會(huì)出現(xiàn)不同的情況：    1、固定床階段  當(dāng)流體通過(guò)床層的空截面流速較低時(shí)，床層空隙中流體的實(shí)際流速u(mài)小于顆粒的沉降速度ut，則顆粒靜止不動(dòng)，為固定床，如圖（a）。    2、流化床階段（1）臨界

14、流化床    當(dāng)u增大到一定程度時(shí)，顆粒開(kāi)始松動(dòng)，床層開(kāi)始膨脹，u繼續(xù)升高，床層開(kāi)始繼續(xù)膨脹，直到剛好全部顆粒都懸浮在向上流動(dòng)的流體中。此時(shí)，顆粒所受浮重力與流體和顆粒之間的摩擦力相平衡，稱(chēng)初始或臨界流化床，如圖（b）。氣體或液體（a）氣體或液體（b）（2）流化床  當(dāng)流速繼續(xù)增加，床層L亦不斷升高，此即為流化床。液固系統(tǒng)床層平穩(wěn)漸增，如圖（c）；氣固系統(tǒng)則出現(xiàn)鼓泡和氣體溝流現(xiàn)象，攪動(dòng)劇烈，固體顆粒運(yùn)動(dòng)活躍，象沸騰的液體，因此亦稱(chēng)沸騰床。3、顆粒輸送階段    當(dāng)流體在床層中的實(shí)際流速超過(guò)顆粒的沉降速度ut時(shí)，流化床上界面消

15、失，顆粒將隨流體被帶出容器外，此為輸送床，如圖（e）。 液體氣體氣體或液體二、流態(tài)化操作類(lèi)型    流態(tài)化操作可有多種分類(lèi)方法：1、以流化介質(zhì)分：    1）氣固流化床  以氣體為流化介質(zhì)。目前應(yīng)用最為廣泛，如各種氣固相反應(yīng)、流化床燃燒、物料干燥等。    2）液固流化床  以液體為流化介質(zhì)。這類(lèi)床問(wèn)世較早，但不如前者應(yīng)用廣泛。多見(jiàn)于流態(tài)化浸取和洗滌、濕法冶金等。    3）三相流化床  以氣、液體兩種流體為流化介質(zhì)。這種床型自七十年代有報(bào)道以來(lái)

16、發(fā)展很快，在化工和生物化工領(lǐng)域中有較好的應(yīng)用前景。2、以流態(tài)化狀態(tài)分：    1）散式流態(tài)化  固體顆粒均勻地分散在流化介質(zhì)中，亦稱(chēng)均勻流化或理想流化。此流化狀態(tài)有以下特點(diǎn)：a：在流化過(guò)程中有一個(gè)明顯的臨界流態(tài)化點(diǎn)和臨界流化速度；b：流化床層的壓降為一常數(shù)；c：床層有一個(gè)平穩(wěn)的上界面；d：流態(tài)化床層的空隙率在任何流速下都有一個(gè)代表性的均勻值。不因床層內(nèi)的位置而變化。    通常，兩相密度差小的系統(tǒng)趨向形成散式流化，故大多數(shù)的液固流化為散式流化。    2）聚式流態(tài)化  不具備散式流化特

17、點(diǎn)的系統(tǒng)為聚式流化。一般密度差較大的系統(tǒng)（如氣固系統(tǒng)）趨向于形成聚式流化。    聚式流化的特點(diǎn)是：當(dāng)流速大于臨界流化速度后，流體不是均勻地流過(guò)顆粒床層，一部分流體不與固體混合就短路流過(guò)床層。如氣固系統(tǒng)，氣體以氣泡形式流過(guò)床層，氣泡在床層中上升和聚并，引起床層的波動(dòng)。因氣泡的存在，流化床被分成兩相，一相為空隙率小而固體密度大的氣固均勻混合物構(gòu)成的連續(xù)相，稱(chēng)為乳化相；另一相則是夾帶少量固體顆粒而以氣泡形式通過(guò)床層的不連續(xù)相，稱(chēng)為氣泡相。3、從有無(wú)加力場(chǎng)分：    1）振動(dòng)床：外加振動(dòng)力場(chǎng)。    2）磁力床

18、：外加磁場(chǎng)。    3）聲場(chǎng)床：外加聲場(chǎng)。4、從床的結(jié)構(gòu)分：    常規(guī)流化床、多層床、多級(jí)床等。    此外，還有許多其它分類(lèi)方法，不一一細(xì)述。3-5-2  流化床流動(dòng)阻力一、理想流化床的壓強(qiáng)降    理想情況下，克服流化床層的流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的壓強(qiáng)降與空截面流速的關(guān)系如圖。1、固定床階段    在氣體速度較低時(shí)，顆粒床層靜止不動(dòng)，氣體從顆粒空隙中穿流而過(guò)。隨著氣速的增加，氣體通過(guò)床層的摩擦阻力也相應(yīng)增加（如OB段）。 

19、60;  對(duì)于隨意充填的粒度均勻的顆粒床層，厄根（Ergun）得出求算固定床壓強(qiáng)降的半徑公式：2、流化床階段     在流化床階段，整個(gè)床層壓強(qiáng)降保持不 變，其值等于單位面積床層的凈重力。如圖 中的BC段。     流化階段中床層的壓強(qiáng)降可根據(jù)顆粒與流體間的摩擦力恰與其 凈重力平衡的關(guān)系求出，即：      pAt=W=AtL（1-）（s-）g     當(dāng)流速進(jìn)一步增大時(shí)，床層空隙率和高度均增加，但p維持不 變。     由于

20、氣固系統(tǒng)中，氣體的密度和固體相比可以忽略，故p約等 于單位面積床層的重力。 3、氣體輸送階段     氣體輸送階段時(shí)，流速進(jìn)一步加大，氣流中顆粒濃度降低，由密相變?yōu)橄∠?，相成兩相同向流?dòng)狀態(tài)，壓強(qiáng)降降低并因密相和稀相而情況復(fù)雜。此不細(xì)述。二、實(shí)際流化床的壓強(qiáng)降    實(shí)際流化床的情況較為復(fù)雜，其p與u的關(guān)系如圖所示，它與理想流化床的曲線(xiàn)有顯著區(qū)別。    、在固定床和流化區(qū)域有一個(gè)“駝峰”，這是因?yàn)楣潭ù差w粒之間相互靠緊，而互相之間有一定摩擦力，因而需要較大的推動(dòng)力才能使床層松動(dòng)。直到顆粒松動(dòng)到剛能懸浮時(shí)

21、，p才降到水平階段。此時(shí)壓強(qiáng)降基本不隨氣速而變。當(dāng)降低流化床氣速時(shí)，壓強(qiáng)降沿DC'A'變化。    2、流化區(qū)域D點(diǎn)附近曲線(xiàn)略向上傾斜。這表明氣體通過(guò)床層時(shí)的壓降除絕大部分用于平衡床層顆粒的重力外，還有少部分能量消耗于顆粒之間的碰撞及顆粒與容器壁面之間的摩擦。    3、A'C'和C'D分別表示流化床階段和固定床階段。兩線(xiàn)的交點(diǎn)C'為臨界點(diǎn)，對(duì)應(yīng)有、臨界流化速度umf，臨界空隙率mf，它比原始固定床的空隙率稍大。    4、C'D'線(xiàn)的上下各

22、有一條虛線(xiàn)，表示氣體流化床的壓強(qiáng)降波動(dòng)范圍，C'D為兩條虛線(xiàn)的平均值。之所以波動(dòng)是由于氣泡在向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不斷長(zhǎng)大，到床面破裂。在氣泡運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)大、破裂的過(guò)程中產(chǎn)生壓強(qiáng)降的波動(dòng)。三、流化床的操作范圍    要使固體顆粒床層在流化狀態(tài)下操作，必須使氣速高于臨界流速u(mài)mf，而最大氣速以不得超過(guò)顆粒的沉降速度，否則顆粒會(huì)被氣流帶走。（一）臨界流化速度umf    臨界流化速度是流化操作的最小速度，其確定方法有兩種。1、實(shí)測(cè)法    測(cè)取從流化床回到固定床的一系列壓強(qiáng)降與氣體流速的對(duì)應(yīng)數(shù)值。將這些數(shù)值標(biāo)在

23、對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，得到如圖A'C'D的曲線(xiàn)，C'點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流速即為所測(cè)的臨界流化速度。    測(cè)定時(shí)常用空氣作流化介質(zhì)，最后據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的不同條件加以校正。    2、計(jì)算法    臨界點(diǎn)是固定床與流化床的共同點(diǎn)，所以，臨界點(diǎn)的壓強(qiáng)降既符合流化床的規(guī)律也符合固定床的規(guī)律。因此，理論上把固定床壓強(qiáng)降和流化床壓強(qiáng)降聯(lián)立可解得umf。       p=L（1-）（s-）g  聯(lián)立得：      其

24、中：       稱(chēng)阿基米得數(shù)上式對(duì)不同的流型可以化簡(jiǎn)     1）當(dāng)顆粒直徑較小，Rep<20，可只考慮粘性損失    2）對(duì)于大顆粒，Rep>1000的情況，可只考慮因局部阻力而造成的動(dòng)能損失。    以上計(jì)算要求流化床由均勻顆粒組成，否則應(yīng)該改為粒群平均當(dāng)量直徑。    對(duì)于球形顆粒，有mf=0.4，s=1.0，以上計(jì)算可進(jìn)一步化簡(jiǎn)。對(duì)于其它許多系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)存在以下關(guān)系，  

25、60;     當(dāng)mf及s的值未知時(shí)，用上述關(guān)系代入可得近似計(jì)算式：            上述處理方法只適用于顆粒分布較為均勻的混合顆粒床層，不能用于固體粒度差異很大的混合物。    兩種得到umf的方法以實(shí)測(cè)法為準(zhǔn)，當(dāng)缺乏實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，可用計(jì)算法估算。（二）帶出速度    顆粒帶出速度即為顆粒的沉降速度，計(jì)算同前，即：         注意：計(jì)算

26、umf時(shí)要用實(shí)際存在于床層中不同粒度顆粒的平均直徑dp，而計(jì)算ut時(shí)則必須用相當(dāng)數(shù)量的最小顆粒的直徑。（三）流化床的操作范圍    流化床的操作范圍即為空截面速度的上下限，用比值ut/umf的大小來(lái)衡量，稱(chēng)流化數(shù)。    對(duì)于細(xì)顆粒，ut/umf=91.7  大顆粒，ut/umf= 8.62    由此可以看出，細(xì)顆粒流化床較粗顆粒床有更寬的流速操作范圍。    實(shí)際上，工業(yè)生產(chǎn)中的流化床，比值可以更大，有些可高達(dá)數(shù)百，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)上述高限值。這是因?yàn)?，在操作氣速幾乎?/p>

27、過(guò)所有顆粒的帶出速度時(shí)，夾帶現(xiàn)象雖有，但不嚴(yán)重。大部分氣流是以大氣泡的形式通過(guò)床層的，大部分顆粒仍處在氣速較低的乳化相中。                         3-5-3  流化床的主要特點(diǎn)和操作優(yōu)缺點(diǎn)一、流化床中的兩相流動(dòng)    流化床內(nèi)流體與顆粒的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜。同一截面各處的流體速度不完全相同，近壁面處

28、受到壁面的滯止作用較小，中心則較大，流速大的地方顆粒被托舉上升，流速小處則下降。上升至上表面的顆粒又會(huì)因氣速下降而下降。氣泡的形成也會(huì)夾帶顆粒上升。因此，顆?？偺幵诓粩嗟纳舷峦鶑?fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)中。同時(shí)，顆粒又處在雜亂無(wú)章的的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)中。這樣各種運(yùn)動(dòng)都造成顆粒的不斷混合，顆粒的混合又造成部分流體的混合。因此，床內(nèi)處在不斷的攪拌、混合狀態(tài)。這種混合使得床內(nèi)各處溫度或濃度均勻一致，避免局部過(guò)熱，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，但傳熱、傳質(zhì)推動(dòng)力下降。反應(yīng)進(jìn)展不易完全。二、流化床有類(lèi)似液體的特點(diǎn)    由于流化床中的氣固運(yùn)動(dòng)狀態(tài)宛如沸騰的液體，故顯示出與液體類(lèi)似的特點(diǎn)。1、服從阿基米德定律&#

29、160;   即比床層密度小的物體可浮在床面上，并且可很容易地推入床層內(nèi)；比床層密度大的物體下沉。2、床層面維持水平狀態(tài)，即容器無(wú)論傾斜與否，流化床的床面一直維持水平，象水一樣。3、具有溢流特性    即在流化床的器壁上開(kāi)一小孔氣、固混合物即會(huì)從小孔流出和流體的溢流一致。4、連通效應(yīng)    二任意高度的床層連通時(shí)，其床面自行找平，尤如裝入U(xiǎn)形管的水會(huì)齊平一樣。5、床面間的壓差（即壁面上、下兩點(diǎn)的壓差p）與該點(diǎn)之間的單位面積床層重量成正比。這符合流體靜力學(xué)原理。氣體流化床類(lèi)似液體的特性輕的物體浮起表面保持水平床面拉平

30、連通效應(yīng)    利用流化床這些類(lèi)似液體的性能，可以設(shè)計(jì)出不同的氣體與固體的接觸方式。這些接觸方式可以有以下幾種：    1）多層流化床的逆流接觸；    2）分隔床中交叉接觸；    3）兩床之間的循環(huán)系統(tǒng)。氣固接觸方式多層流化床的逆流接觸分隔床中交叉接觸兩床之間的循環(huán)系統(tǒng)三、流化床的不正?，F(xiàn)象 1、騰涌現(xiàn)象    騰涌現(xiàn)象主要發(fā)生在氣固流化床中。若床層高度與直徑之比過(guò)大，或氣速過(guò)高，就會(huì)小氣泡大氣泡。當(dāng)氣泡直徑與床徑相當(dāng)時(shí)，將床層分為

31、幾段，形成相互間隔的氣泡與顆粒層。顆粒層像活塞那樣被氣泡向上推動(dòng)，在達(dá)到上部后氣泡崩裂，顆粒分散下降，此為騰涌。騰涌現(xiàn)象溝流現(xiàn)象    后果：氣固接觸不良；器壁磨損加??；設(shè)備振動(dòng)。2、溝流    可分成局部溝流和貫穿溝流。指氣流短路通過(guò)床層。主要與顆粒的特性和氣體分布板的結(jié)構(gòu)有關(guān)。四、流化床操作的優(yōu)缺點(diǎn)    流化床的特性既有有利的一面，又有有害的一面。流態(tài)化技術(shù)所以能夠得到比較廣泛的應(yīng)用，主要是由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)。（一）優(yōu)點(diǎn)    1、床層溫度分布均勻  

32、  由于床層內(nèi)流體和顆粒劇烈攪動(dòng)混合，使床內(nèi)溫度均勻，避免了局部過(guò)熱現(xiàn)象。    顆粒的熱容量遠(yuǎn)比同體積氣體的熱容在約1000倍，所以可以利用循環(huán)顆粒作為傳熱介質(zhì)，可大大簡(jiǎn)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。同時(shí)，由于傳熱效率高，床內(nèi)溫度均勻，特別適合于一些熱效應(yīng)較高的反應(yīng)及熱敏性材料。    2、流化床內(nèi)的傳熱及傳質(zhì)速率很高    由于顆粒的劇烈運(yùn)動(dòng)，使兩相間表面不斷更新，因此床內(nèi)的傳熱及傳質(zhì)速率高，這對(duì)于以傳熱和傳質(zhì)速率控制的化學(xué)反應(yīng)和物理過(guò)程是非常有用的，可大幅度地提高設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。    3、床層和金屬器壁之間的傳熱系數(shù)大。    由于固體顆粒的運(yùn)動(dòng)，使金屬器壁于床層之間的傳熱系數(shù)大為增加，要比沒(méi)有固體顆粒存在的情況下大數(shù)十倍乃至上百倍。因此便于向床內(nèi)輸入或取出熱量，所需的傳熱面積卻較小。    4、流態(tài)化的顆粒流動(dòng)平穩(wěn)，類(lèi)似液體，其操作可