番茄花園-5顆粒的沉降和流態(tài)化

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1、5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.1概述5.2顆粒的沉降運動5.3沉降分離設(shè)備5.4固體流態(tài)化技術(shù)5.5氣力輸送5.1概述在流體與顆粒組成的非均相物系中，考察流體(連續(xù)相)與顆粒間（分散相）的相對運動。包括：顆粒靜止，流體對其繞流；流體靜止，顆粒作沉降運動；兩者都動但具有一定的相對速度?？杉僭O(shè)顆粒靜止，流體以一定的速度對之作繞流；流體靜止，顆粒在流體中運動，分析流體對顆粒的作用力化工過程：兩相物系的沉降重力沉降和離心沉降(Settling)固體物料的干燥(Dryness)等物理化學(xué)過程固體顆粒的輸送(Transportation)5.2.1流體對固體顆粒的繞流動(1)曳力(Drag)與阻力(Resid

2、ence)的關(guān)系當(dāng)流體以一定速度繞過顆粒流動時，流體與顆粒之間產(chǎn)生一對大小相等、方向相反的作用力，將流體作用于顆粒上的力稱為曳力，而將顆粒作用于流體上的力稱為阻力。5.2顆粒的沉降運動5-1圖為流體流過固體時，固體表面的受力情況。一般，總曳力由形體曳力和表面曳力兩部分組成。工程上大都將形體曳力和表面曳力合在一起，即研究總曳力。形體曳力和表面曳力的影響因素:為壓力改變所導(dǎo)致的曳力，主要取決于顆粒的形狀和位向，稱為形體曳力；而則是由于流體和顆粒表面的摩擦所導(dǎo)致的曳力，主要由顆粒表面積的大小決定，稱為表面曳力。工程上大都將形體曳力和表面曳力合在一起，即研究總曳力（總曳力FD與流體的μ、ρ、u有關(guān)），

3、經(jīng)因次分析用下式表示：Ap：顆粒在運動方向的投影面積；ξ：曳力系數(shù)，無因次(2)曳力系數(shù)流體沿一定方位繞過形狀一定的顆粒時，影響曳力的因素可表示為：FD=F(L、μ、ρ、u)其中L為顆粒的特征尺寸，對于光滑球體，L即為顆粒的直徑dp。應(yīng)用因次分析可以得出關(guān)系式：隨著Rep增大，球面上邊界層脫體，形成尾流（旋渦），形體曳力增大，見圖aRep>500，形體曳力為主，ξ=0.44，曳力與流速平方成正比Rep>2×105尾流區(qū)收縮，ξ由0.44突降至0.1左右，見圖b2顆粒在流體中的流動在力場中，流體中的顆粒受到三個力的作用：(1)質(zhì)量力,通常為重力或離心力。其大小可表示為：重力場Fg=mg離心力場F

4、C=mrω2球形顆粒m=πdp3ρp/6(2)浮力Fb，依阿基米德定律，浮力在數(shù)值上等于同體積流體在力場中所受的場力，故重力場Fb=mgρ/ρP離心力FC=mrω2ρ/ρP(3)曳力FD顆粒在力場中的運動階段分為兩個階段：加速段和恒速段。隨著顆粒運動速度的增大，顆粒所受的曳力也不斷增大，必存在某一時刻使顆粒所受的諸力之和為零，從此時起，顆粒將在流體中作勻速運動，這時顆粒的運動速度稱為終端速度。stokes區(qū)ut∝d2說明同一物系，大顆粒易沉降；ut∝1/μ在同一物系，不同的操作條件（t不同）氣-固t↑→μ↑→ut↓液-固t↑→μ↓→ut↑即高溫對氣-固分離不利，對液-固分離有利ut∝（ρs-ρ

5、）5.2.2靜止流體中顆粒的自由沉降目的：從含有固體顆粒的流體中將固體和液體分離開基本原理：利用流體和顆粒之間的密度差，在質(zhì)量力的作用下使顆粒與流體之間產(chǎn)生相對運動，從而實現(xiàn)兩者的分離。????沉降的分類：重力沉降和離心沉降。1.重力沉降速度的計算1)單個球形顆粒的自由沉降顆粒在重力場中沉降可只考慮恒速段，這個恒定的速度就是顆粒在重力場中運動的終端速度，稱為沉降速度。試差法計算顆粒的沉降速度計算步驟為：先假設(shè)沉降屬于某一區(qū)域，按此區(qū)內(nèi)的公式求出ut，再核算Rep以校驗最初的假設(shè)是否正確，如不正確，需重新試算。2)非球形顆粒的自由沉降球形度影響顆粒的沉降速度。當(dāng)Rep相同時，顆粒的球形度越小，

6、其沉降速度也越小。3)大小不均勻顆粒的沉降為使顆粒與流體達(dá)到規(guī)定分離程度，在計算沉降速度時，應(yīng)以能夠達(dá)到規(guī)定分離程度的最小顆粒的沉降速度為準(zhǔn)。4)影響沉降速度的其他因素主要要考慮端效應(yīng)和壁效應(yīng)、顆粒濃度（干擾沉降）、氣泡和液滴及分子運動的影響。Pg197例5-15-22干擾沉降當(dāng)流體中顆粒的含量較大時，顆粒沉降時彼此影響，這種沉降稱為干擾沉降。干擾沉降時一方面由于大量顆粒向下沉降而使流體被置換而產(chǎn)生顯著的向上運動，造成顆粒沉降速度小于自由沉降速度，另一方面，大量顆粒的存在，也使流體的表觀密度和表觀粘度（即混合物的密度和粘度）都增大，所有這些因素都使顆粒的沉降速度減小。壁效應(yīng)和端效應(yīng)當(dāng)顆粒直徑與

7、容器直徑D相比不算太小時，容器壁面會對顆粒的沉降產(chǎn)生影響，使其受到較大的曳力。一般dp/D>0.01時，就顯出器壁的影響，使沉降速度減小。3流體分子運動的影響當(dāng)顆粒直徑小到可與流體分子的平均自由程相比擬時（如2~3μm以下），顆粒作不定向和隨機性運動，它們可穿過流體分子的間隙，使沉降速度大于斯托克斯定律計算的數(shù)值。另一方面，細(xì)顆粒的沉降將受流體分子碰撞的影響，當(dāng)顆粒直徑小于0.1μm時，布朗運動的