化工流體流動(dòng)與傳熱 學(xué)時(shí)

1、化工流體流動(dòng)與傳熱 學(xué)時(shí)第1頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、顆粒床層的特性1.床層的空隙率 定義符號(hào)單位床層中顆粒之間的空隙體積與整個(gè)床層體積之比。m3/m3影響因素第2頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、顆粒床層的特性依定義測(cè)定方法床層表面（水面）充水法床層體積充水體積亂堆床層的空隙率第3頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、顆粒床層的特性2.床層的比表面積 定義符號(hào)單位單位體積床層中具有的顆粒表面積（顆粒與流體接觸的表面積）。m2/m3若忽略顆粒之間接觸面積的影響顆粒比表面積第4頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3

2、分，星期二3. 床層的自由截面積 床層截面上未被顆粒占據(jù)的、流體可以自由通過的面積 床層的自由截面積。小顆粒亂堆床層特性 床層的各向同性； 自由截面積與床層截面積之比在數(shù)值上與床層 空隙率相等。 在壁面附近的自由截面積較大 壁效應(yīng)。二、顆粒床層的特性第5頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二4. 床層的當(dāng)量直徑設(shè)二、顆粒床層的特性流體流過固定顆粒床層固定床床層的簡(jiǎn)化模型 將床層中不規(guī)則的通道假設(shè)成長(zhǎng)度為 L、當(dāng)量 直徑為deb的一組平行細(xì)管； 細(xì)管全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙容積； 細(xì)管的內(nèi)表面積等于顆粒床層的全部表面積。第6頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星

3、期二二、顆粒床層的特性床層的當(dāng)量直徑為第7頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二以 1m3 床層體積為基準(zhǔn)二、顆粒床層的特性細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于床層的空隙體積設(shè)則m3第8頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二5. 流體通過床層的壓降二、顆粒床層的特性流體通過一組平行細(xì)管流動(dòng)的壓降為床層高度實(shí)際速度（空隙速度）空床速度（1）床層壓降計(jì)算通式第9頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、顆粒床層的特性代入有關(guān)關(guān)系式得 床層壓降計(jì)算通式流體通過床層的摩擦系數(shù)床層雷諾數(shù)第10頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、顆粒床層的特性（2）

4、床層摩擦系數(shù)的測(cè)定 康采尼（Kozeny）實(shí)驗(yàn)結(jié)果在層流情況下康采尼常數(shù)通常故 康采尼方程第11頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、顆粒床層的特性在較寬的 Reb范圍內(nèi)故 歐根（Ergun）實(shí)驗(yàn)結(jié)果第12頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、顆粒床層的特性由得歐根方程只取前項(xiàng)只取后項(xiàng)第13頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二3.1 概 述3.1.1 非均相物系及其分離方法3.1.2 顆粒及顆粒床層的特性3.2 沉降分離3.2.1 重力沉降顆粒與流體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)第三章第14頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、球形

5、顆粒的自由沉降在重力作用下發(fā)生的沉降過程 重力沉降。1.重力沉降過程表面光滑的剛性球形顆粒置于靜止流體中重力沉降過程設(shè)若顆粒密度流體密度則顆粒在流體中沉降靜止流體球形顆粒示例沉降法除塵第15頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、球形顆粒的自由沉降2.沉降顆粒受力分析沉降顆粒的受力情況顆粒在流體中沉降所受力重力重力阻力浮力浮力阻力顆粒直徑阻力系數(shù)顆粒相對(duì)于流體的沉降速度第16頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、球形顆粒的自由沉降由牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律其中顆粒垂直于運(yùn)動(dòng)方向的投影面積或第17頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、球形顆粒的自

6、由沉降3.沉降速度顆粒沉降過程分析顆粒作勻速沉降顆粒開始沉降瞬間當(dāng)顆粒沉降后沉降速度勻速階段中顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度沉降速度。加速階段勻速階段第18頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、球形顆粒的自由沉降由當(dāng)故 沉降速度表達(dá)式終端速度（自由沉降速度）第19頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、阻力系數(shù)阻力系數(shù)影響因素其中湍流區(qū)過渡區(qū)滯流區(qū)第20頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、阻力系數(shù)三個(gè)區(qū)域?qū)恿鲄^(qū)或斯托克斯（Stokes）定律區(qū)過渡區(qū)或艾侖（Allen）定律區(qū)湍流區(qū)或牛頓（Nuwton）定律區(qū)第21頁，共33頁，2022年，5

7、月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、阻力系數(shù)將阻力系數(shù)代入沉降速度表達(dá)式得沉降速度層流區(qū) 斯托克 斯公式過渡區(qū)艾侖公式湍流區(qū)牛頓公式第22頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二三、影響沉降速度的因素2.顆粒的體積分?jǐn)?shù) 當(dāng)顆粒的體積分?jǐn)?shù) 0.2%各沉降速度關(guān)系式計(jì)算偏差 1%忽略顆粒體積分?jǐn)?shù)的影響當(dāng)顆粒的體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)，發(fā)生干擾沉降。1.流體的黏度 層流區(qū)流體黏度對(duì)沉降有很大影響過渡區(qū)湍流區(qū)流體黏度對(duì)沉降有一定影響第23頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二三、影響沉降速度的因素 容器壁面和底面會(huì)對(duì)沉降的顆粒產(chǎn)生曳力，使顆粒的沉降速度低于自由沉降速度。3.器壁效應(yīng) 自由

8、沉降容器中沉降第24頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二三、影響沉降速度的因素通常情況下器壁效應(yīng)可忽略器壁效應(yīng)的修正顆粒的實(shí)際沉降速度當(dāng)則容器直徑顆粒直徑第25頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二三、影響沉降速度的因素在相同Ret下4.顆粒形狀 注意對(duì)于非球形顆粒當(dāng)量直徑第26頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二四、沉降速度的計(jì)算1.試差法 假設(shè)流型選用沉降速度公式計(jì)算ut計(jì)算RetNOYESut驗(yàn)證流型第27頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二四、沉降速度的計(jì)算2.摩擦數(shù)群法 由又不含不含第28頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二四、沉降速度的計(jì)算由故將第29頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二第30頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二四、沉降速度的計(jì)算令故由層流區(qū)第31頁，共33頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二四、沉降速度的計(jì)算由湍流區(qū)故此層流區(qū)或斯托克斯定律區(qū)過渡區(qū)或艾侖定律區(qū)湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)【例3-1】自學(xué)第32頁，共33頁，2