4.3 流體通過(guò)顆粒床層（固定床）的壓降

1、4.3 流體通過(guò)顆粒床層固定床的壓降1顆粒床層的合理簡(jiǎn)化 固定床內(nèi)大量細(xì)小而密集的固體顆粒對(duì)流體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了很大的阻力。此阻力使得：1流體沿床截面的速度分布變得相當(dāng)均勻， 2流體在床內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中造成很大的機(jī)械能損失,表現(xiàn)出流體的壓力下降。 在工程上感興趣的主要是床層的壓降問(wèn)題，即哪些是影響壓降的因素，如何影響的。 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)多呈爬流狀態(tài)，因此，對(duì)于流體流動(dòng)阻力有決定性作用的因素有如下2個(gè)：?jiǎn)挝惑w積床層所具有的外表積，單位體積床層空隙的體積。簡(jiǎn)化后的物理模型數(shù)學(xué)模型方法真實(shí)模型7/13/20221 為保持簡(jiǎn)化后的物理模型與原真實(shí)模型的等效性，必須： 1所有細(xì)管的內(nèi)外表積等于顆粒床層的全

2、部自由外表積； 2所有細(xì)管的供流體流動(dòng)的空間等于顆粒床層的空隙容積。 虛擬細(xì)管的當(dāng)量直徑de仍按照原先的定義： 2壓降的數(shù)學(xué)表達(dá)式3分析壓降表達(dá)式中各參數(shù)與原顆粒床層參數(shù)之間的關(guān)系7/13/20222以單位體積床層為基準(zhǔn)：各向同性的床層，床層的空隙率 在數(shù)值上為單位床層截面上空隙的面積。細(xì)管中的流速視為床層顆?？障吨械牧魉賣(mài)1 , 整個(gè)床層截面上的流速為 u ?？紤]單位床層截面上流體的體積流量以qV 表示4.3 流體通過(guò)顆粒床層固定床的壓降數(shù)學(xué)模型方法床層厚度Le與L呈比例關(guān)系：7/13/202234描述真實(shí)模型流體壓降的數(shù)學(xué)模型 必須由實(shí)驗(yàn)測(cè)定?？挡赡酜ozeny)、歐根對(duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

3、將各參數(shù)的關(guān)系代入壓降的數(shù)學(xué)表達(dá)式中描述真實(shí)模型流體壓降的數(shù)學(xué)模型被稱(chēng)為模型參數(shù)5通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定數(shù)學(xué)模型參數(shù)，并檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性7/13/20224 在流速較低時(shí)，Re2 , =K/Re , K=5.0 ,稱(chēng)為Kozeny常數(shù)將 ，Re代入單位床層壓降的表達(dá)式流體通過(guò)顆粒固定床時(shí)壓降的計(jì)算式： 可以看出，影響單位床層上壓降的因素為：操作參數(shù) u ,床層特性參數(shù) a , ，流體特性參數(shù) ， 。定義：7/13/20225實(shí)驗(yàn)研究方法：關(guān)鍵在于能否如數(shù)地列出影響過(guò)程的主要因素，無(wú)須對(duì)過(guò)程本身的內(nèi)在規(guī)律有深入理解，在因次理論指導(dǎo)下，只要做假設(shè)干析因?qū)嶒?yàn)，考察每個(gè)自變量無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度即

4、可。在因次分析法指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究只能得到過(guò)程的外部聯(lián)系，而對(duì)于過(guò)程的內(nèi)部規(guī)律那么不甚了解，如同“黑箱。數(shù)學(xué)模型方法：立足于對(duì)所研究過(guò)程的深刻理解，按以下主要步驟進(jìn)行工作：2.對(duì)所得到的物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，即建立數(shù)學(xué)模型；并將真實(shí)過(guò)程中的參數(shù)引入數(shù)學(xué)模型；3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)學(xué)模型的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)，并測(cè)定模型參數(shù)。實(shí)驗(yàn)研究方法因次分析法和數(shù)學(xué)模型方法的比較:在過(guò)濾操作中，液體通過(guò)濾餅層時(shí)的壓降，就可應(yīng)用康采尼常數(shù)的壓降計(jì)算式：7/13/20226例：固定床壓降公式的應(yīng)用 用20oC 、的空氣通過(guò)某固定床脫硫塔，測(cè)得如下數(shù)據(jù)： 空床氣速 單位床層高度的壓降 220 Pa/m 空床氣速 單位床層高度的壓降 1270 Pa/m試?yán)脷W根公式估計(jì)甲烷在30oC 、下，以空床氣速通過(guò)該固定床脫硫塔時(shí)，單位床層高度的壓降為多少？在 30oC 、條件下，甲烷的物性數(shù)據(jù)為：解：歐根公式為在該問(wèn)題中，因?yàn)榇矊拥膮?shù)不變，可將歐根公式的表達(dá)式進(jìn)行簡(jiǎn)化。7/13/20227那么，歐根公式可以寫(xiě)成為在20oC 、的條件下，查得空氣的物性數(shù)據(jù)為：將空氣試驗(yàn)的兩組數(shù)據(jù)代入壓降計(jì)算式，求出A、B的數(shù)值。 空床氣速 單位床層高度的壓降 220 Pa/m 空床氣速 單位床層高度的壓降 1270 Pa/m解得： A=12193 ,