第五章 顆粒的沉降與流態(tài)化

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1、第一節(jié)概述本章考察流固兩相物系中固體顆粒與流體之間的相對運動第五章顆粒的沉降與流態(tài)化流體相對顆粒的流動第一節(jié)概述第二節(jié)顆粒的沉降運動流體繞過顆粒的流動顆粒在流體中的流動第三節(jié)沉降分離設(shè)備第四節(jié)固體流態(tài)化技術(shù)第五節(jié)氣力輸送流體通過顆粒床層的流動過濾重力沉降離心沉降機(jī)械分離固體顆粒與流體間的相對運動在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用有：（1）兩相物系的沉降分離—重力沉降、離心沉降（2）流固相之間進(jìn)行的物理-化學(xué)過程—固體物料的干燥、粉狀礦物的焙燒、催化反應(yīng)（3）固體顆粒的流動運輸流固兩相物系內(nèi)的相對運動規(guī)律是上述各過程設(shè)計計算的基礎(chǔ)本章重點：顆粒沉降速度與沉降設(shè)備計

2、算本章難點：流化床的主要特性一.流體對固體顆粒的繞流第二節(jié)顆粒的沉降運動單顆粒（或充分分散、互不干擾的顆粒群）在流體中自由沉降時所受合力為：Fg=FD+Fb●流體對固體顆粒的繞流Fb重力曳力（阻力）浮力=+曳力FD：流體對顆粒的作用力FD●靜止流體中顆粒的自由沉降合力為零時，加速度為零，顆粒與流體Fg之間將保持一個穩(wěn)定的相對速度?！癯两邓俣鹊挠懻撆c應(yīng)用duma=m==∑FFg?FD?=Fb0dt顆粒與流體無相對運動則無曳力存在，而浮力始終存在；當(dāng)流體對固體顆粒作繞流運動時，顆粒就受到流體的曳力。1曳力FD：流體對顆粒的作用力總曳力與流體的密度、粘

3、度、流動速度有關(guān)，同時受顆粒形狀的影響，問題較為復(fù)雜。至今，只有幾何形狀簡單的少數(shù)例子獲得曳力的理論計算式，例如粘性流體對圓球的低速繞流（爬流Re<2）。12FAu=ξρ；曳力系數(shù)ξ?=()ReDpp242當(dāng)時R<=2，ξ斯托克斯區(qū)（層流區(qū)）epRduρep顆粒雷諾數(shù)Re=Pp18.5μ當(dāng)時Rep==2~500，ξ0.6阿侖區(qū)（過渡區(qū)）RepAp取顆粒最大投影面積，ReP中的dp取體積當(dāng)量直徑。當(dāng)時R>=500，ξ0.44ep牛頓區(qū)：與Rep無關(guān)，當(dāng)R極大時，ξ=0.1相當(dāng)于阻力平方區(qū)epdu二、靜止流體中顆粒的自由沉降重力場中：FFFm??==

4、bDamdτ物理學(xué)自由落體不考慮阻力，顆粒沉降必須考慮阻力。duρpp?ρξA2即ag==()?ρudmτρ2化工中感興趣的是小顆粒，不能忽略阻力。p力與運動關(guān)系——牛頓第二定律顆粒的凈重曳力項π2場力FFmg=gFb對球形顆粒Adpp=4F??FFbDmFDmV==ρρπd3du浮力FFbb=ρgppp==mamρ6dτpFg曳力FF=ξρAu()12duρp?ρ3ξ2DDp2所以ag==()?ρuddτρ4ρppp沉降的加速階段與等速階段u三、沉降速度的討論與應(yīng)用duρp?ρ3ξ2ag==()?ρuutddτρ4ρ1、沉降速度計算公式（重力場

5、中）ppp加速段勻速段顆粒的凈重曳力項tduρp?ρ3ξ2Q勻速沉降，ag==?=（)0ρuddτρ4ρ小顆粒開始時加速，隨著下降速度的不斷增加，曳力項逐漸增ppp大，加速度逐漸減小。當(dāng)下降速度增至一定值時，曳力等于顆粒在流體中的凈重，此時加速度等于零，顆粒將以速度ut勻速4(ρρp?)gdp即u=t繼續(xù)下降。ut稱為顆粒的沉降速度或終端速度。小顆粒的加3ρξ速階段很短，可以忽略，近似認(rèn)為以ut下降。??duρξφ==（）Rφ??Pt沉降階段包括兩個過程：加速階段與勻速階段，終端速度為ep??μ勻速沉降速度ut。22gd()ρ?ρppu=（1）顆

6、粒直徑小，處于斯托克斯定律區(qū)討論：t18μgd2()ρ?ρ⑴對確定的流固系統(tǒng)物性數(shù)據(jù)、、為定值,ρμρ24ppP將ξ=代入，u=Retufd=（）p18μtp氣體先冷卻后除塵溫度對粘（2）顆粒直徑較大，處于牛頓定律區(qū)μ大，ut小度的影響液體先除塵后冷卻⑵對的utρ氣體基本無影響，總是小量；液體要考慮dg()ρ?ρpp以ξ=0.44代入，u=1.74討論：tρ10倍的影響左右ρpd影響最大，平方關(guān)系p2、流體流動的方向與顆粒運動3、沉降速度公式的應(yīng)用⑴用顆粒沉降速度ut測顆粒直徑dp；見P147例5-1流體作水平運動顆粒運動軌跡⑵用顆粒沉降速度ut

7、測流體粘度μ；見P147例5-2流體向上運動uu>↑上浮t4、其它因素對沉降速度的影響·uuup=?tuu

8、子熱運動：直徑很小的顆粒受此影響。離心沉降重力沉降設(shè)備離心沉降設(shè)備1、降沉室1、旋風(fēng)分離器2、增稠器2、轉(zhuǎn)鼓式離心機(jī)3、分級器3一、重力