化工原理第04章01(改).ppt

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1、4.1概述4.1.1工業(yè)背景固定床是由許多固體顆粒堆積成的靜止顆粒層。第4章流體通過顆粒層的流動(dòng)4.1.2固定床阻力的影響因素①流體物性：ρ,μ②操作因素：u③設(shè)備因素：顆粒直徑，顆粒大小分布，空隙大小4.2顆粒床層的特性4.2.1單顆粒的特性球形顆粒，只需一個(gè)參數(shù)dp顆粒特性:體積表面積比表面實(shí)際遇到兩個(gè)問題：①非球形②大小不一(分布)非球形：定當(dāng)量直徑，目標(biāo)不同結(jié)果不同體積當(dāng)量dev,面積當(dāng)量des，比表面當(dāng)量dea,兩個(gè)獨(dú)立的,取dev和球形度(形狀系數(shù))ψψ≤1例1邊長(zhǎng)為L(zhǎng)=4mm的正方體顆粒求：

2、dev,des,dea,ψ,a解：②dev,des,dea三者關(guān)系dea≤dev≤des4.2.2顆粒群的特性大小不一篩分分析1kg顆粒群頻率函數(shù)(粒級(jí)質(zhì)量分率~dp)特點(diǎn)：某粒級(jí)范圍的顆粒質(zhì)量分率=該范圍曲線下的面積曲線下的面積和=1分布函數(shù)F與頻率函數(shù)f的關(guān)系定平均直徑dm，準(zhǔn)則：比表面相等原因：流動(dòng)較慢時(shí)，阻力以表面剪切力為主，表面積對(duì)阻力影響大由，得4.2.3床層特性①空隙率∴ε受充填方式的影響與dp無關(guān)與dp分布有關(guān)②床層比表面空隙率不僅與顆粒形狀、大小分布有關(guān)，還和填充方式有關(guān)。?非>?球；?

3、非均ε床床層D大，可忽略；D小，加以考慮。4.3流體通過固定床的壓降幾何邊界復(fù)雜，無法解析解，要靠實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型法主要步驟：4.3.1簡(jiǎn)化模型過程特征：①爬流，表面剪切力為主，形體力(壓差力)為次；②空隙中實(shí)際速度與空隙大小有關(guān)。簡(jiǎn)化原則：模型與原型①表面積要相等②空隙容積相等將原型簡(jiǎn)化成一組平行細(xì)管細(xì)管

4、直徑de4.3.2解數(shù)學(xué)模型細(xì)管層流得實(shí)驗(yàn)得康采尼方程適用范圍：Re’<2床層雷諾數(shù)寬范圍：細(xì)管4.3.3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證用代入，得歐根方程：黏性項(xiàng)慣性項(xiàng)Re’<3時(shí)，可忽略慣性項(xiàng)；Re’>100時(shí)，可忽略黏性項(xiàng)。影響因素分析：①物性:ρ,μ②操作:u③設(shè)備:ψ,dm,ε空隙率的影響最大,ε：0.3→0.4：18→5.6例2要估計(jì)20℃,1.0MPa(絕)的CO通過固定床脫硫器的壓降,用20℃,101.3kPa(絕)的空氣進(jìn)行實(shí)測(cè)，測(cè)得u=0.4m/s時(shí)，u=0.9m/s時(shí)。求：CO以u(píng)=0.5m/s通過時(shí)的。已

5、知：20℃,1.0MPa(絕)的一氧化碳μ=2.4×10-5Pa?s,ρ=11.4kg/m3解：20℃,常壓空氣ρ=1.2kg/m3,μ=1.81×10-5Pa?s根據(jù)歐根方程，取代入空氣數(shù)據(jù)470=C1×1.81×10-5×0.4+C2×1.2×0.422300=C1×1.81×10-5×0.9+C2×1.2×0.92解得C1=3.9×106,C2=2301一氧化碳=3.9×106×2.4×10-5×0.5+2301×11.4×0.52=6604Pa/m本例也可用a,ε表達(dá),先用實(shí)驗(yàn)值算出a、ε，再用a

6、、ε來計(jì)算實(shí)際工藝物料的壓降。4.3.4兩種實(shí)驗(yàn)規(guī)劃方法的比較量綱分析法：對(duì)過程無須有深刻理解,“黑箱”法。①析因?qū)嶒?yàn)②無量綱化③測(cè)定性實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型法：對(duì)過程有深刻理解，能將過程大幅度簡(jiǎn)化。①簡(jiǎn)化模型②解析解③驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)討論1數(shù)學(xué)模型的基本方法在充分掌握過程本質(zhì)的前提下，對(duì)復(fù)雜的過程大擔(dān)、合理地簡(jiǎn)化對(duì)簡(jiǎn)化后的過程建立物理、數(shù)學(xué)模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的合理性，并對(duì)模型參數(shù)估值。2數(shù)學(xué)模型法的基本特征必須充分掌握過程特征，了解研究目的。模型僅在某個(gè)方面與實(shí)際過程等效實(shí)驗(yàn)?zāi)康膬H是驗(yàn)證模型的可靠性，測(cè)定模型參數(shù)，工作量

7、大為減少。模型方程是半經(jīng)驗(yàn)、半理論的。3影響床層壓降的因素A.流速的影響（同圓管）層流（Re’<3），高度湍流（Re’<100）；B.物性的影響（同圓管）Re‘<3，ΔP∝μ,與ρ無關(guān)Re’<100ΔP∝ρ，與μ無關(guān)C.床層特性的影響（1）空隙率ε：空隙率ε對(duì)壓降ΔP的影響非常大，反映在ε的可變性大，可靠性差；ε較小的誤差，將引起壓降明顯的誤差（2）比表面積αΔP∝α2，對(duì)同形狀顆粒，dp↓，α越大↑，hf（ΔP）↑。例：其他條件不變空隙率ε由0.5降為0.4，單位床層壓降增加2.8倍。本次講課習(xí)題：第

8、4章1，2問題（?拿一張小紙寫上，課后交）1）非球形顆粒用哪些參數(shù)來描述？2）計(jì)算顆粒平均直徑的準(zhǔn)則為什么？3）影響床層阻力最大的因素是什么？