化工流体流动与传热 学时

1、化工流体流动与传热 学时第1页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二二、颗粒床层的特性1.床层的空隙率 定义符号单位床层中颗粒之间的空隙体积与整个床层体积之比。m3/m3影响因素第2页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二二、颗粒床层的特性依定义测定方法床层表面（水面）充水法床层体积充水体积乱堆床层的空隙率第3页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二二、颗粒床层的特性2.床层的比表面积 定义符号单位单位体积床层中具有的颗粒表面积（颗粒与流体接触的表面积）。m2/m3若忽略颗粒之间接触面积的影响颗粒比表面积第4页，共33页，2022年，5月20日，1点3

2、分，星期二3. 床层的自由截面积 床层截面上未被颗粒占据的、流体可以自由通过的面积 床层的自由截面积。小颗粒乱堆床层特性 床层的各向同性； 自由截面积与床层截面积之比在数值上与床层 空隙率相等。 在壁面附近的自由截面积较大 壁效应。二、颗粒床层的特性第5页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二4. 床层的当量直径设二、颗粒床层的特性流体流过固定颗粒床层固定床床层的简化模型 将床层中不规则的通道假设成长度为 L、当量 直径为deb的一组平行细管； 细管全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积； 细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。第6页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星

3、期二二、颗粒床层的特性床层的当量直径为第7页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二以 1m3 床层体积为基准二、颗粒床层的特性细管的全部流动空间等于床层的空隙体积设则m3第8页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二5. 流体通过床层的压降二、颗粒床层的特性流体通过一组平行细管流动的压降为床层高度实际速度（空隙速度）空床速度（1）床层压降计算通式第9页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二二、颗粒床层的特性代入有关关系式得 床层压降计算通式流体通过床层的摩擦系数床层雷诺数第10页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二二、颗粒床层的特性（2）

4、床层摩擦系数的测定 康采尼（Kozeny）实验结果在层流情况下康采尼常数通常故 康采尼方程第11页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二二、颗粒床层的特性在较宽的 Reb范围内故 欧根（Ergun）实验结果第12页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二二、颗粒床层的特性由得欧根方程只取前项只取后项第13页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二3.1 概 述3.1.1 非均相物系及其分离方法3.1.2 颗粒及颗粒床层的特性3.2 沉降分离3.2.1 重力沉降颗粒与流体之间的相对运动第三章第14页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二一、球形

5、颗粒的自由沉降在重力作用下发生的沉降过程 重力沉降。1.重力沉降过程表面光滑的刚性球形颗粒置于静止流体中重力沉降过程设若颗粒密度流体密度则颗粒在流体中沉降静止流体球形颗粒示例沉降法除尘第15页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二一、球形颗粒的自由沉降2.沉降颗粒受力分析沉降颗粒的受力情况颗粒在流体中沉降所受力重力重力阻力浮力浮力阻力颗粒直径阻力系数颗粒相对于流体的沉降速度第16页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二一、球形颗粒的自由沉降由牛顿第二运动定律其中颗粒垂直于运动方向的投影面积或第17页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二一、球形颗粒的自

6、由沉降3.沉降速度颗粒沉降过程分析颗粒作匀速沉降颗粒开始沉降瞬间当颗粒沉降后沉降速度匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度沉降速度。加速阶段匀速阶段第18页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二一、球形颗粒的自由沉降由当故 沉降速度表达式终端速度（自由沉降速度）第19页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二二、阻力系数阻力系数影响因素其中湍流区过渡区滞流区第20页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二二、阻力系数三个区域层流区或斯托克斯（Stokes）定律区过渡区或艾仑（Allen）定律区湍流区或牛顿（Nuwton）定律区第21页，共33页，2022年，5

7、月20日，1点3分，星期二二、阻力系数将阻力系数代入沉降速度表达式得沉降速度层流区 斯托克 斯公式过渡区艾仑公式湍流区牛顿公式第22页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二三、影响沉降速度的因素2.颗粒的体积分数 当颗粒的体积分数 0.2%各沉降速度关系式计算偏差 1%忽略颗粒体积分数的影响当颗粒的体积分数较高时，发生干扰沉降。1.流体的黏度 层流区流体黏度对沉降有很大影响过渡区湍流区流体黏度对沉降有一定影响第23页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二三、影响沉降速度的因素 容器壁面和底面会对沉降的颗粒产生曳力，使颗粒的沉降速度低于自由沉降速度。3.器壁效应 自由

8、沉降容器中沉降第24页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二三、影响沉降速度的因素通常情况下器壁效应可忽略器壁效应的修正颗粒的实际沉降速度当则容器直径颗粒直径第25页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二三、影响沉降速度的因素在相同Ret下4.颗粒形状 注意对于非球形颗粒当量直径第26页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二四、沉降速度的计算1.试差法 假设流型选用沉降速度公式计算ut计算RetNOYESut验证流型第27页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二四、沉降速度的计算2.摩擦数群法 由又不含不含第28页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二四、沉降速度的计算由故将第29页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二第30页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二四、沉降速度的计算令故由层流区第31页，共33页，2022年，5月20日，1点3分，星期二四、沉降速度的计算由湍流区故此层流区或斯托克斯定律区过渡区或艾仑定律区湍流区或牛顿定律区【例3-1】自学第32页，共33页，2