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(yùn)動(dòng)5.3沉降分離設(shè)備5.4固體流態(tài)化技術(shù)（略）5.5氣力輸送（略）化工原理5.顆粒的沉降和流態(tài)化1、本章學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)重力沉降與離心沉降基本公式；降塵室、沉降槽、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)、工作原理及降塵室生產(chǎn)能力，旋風(fēng)分離臨界直徑的計(jì)算；顆粒分級概念；粒級效率的概念。2、本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)重力沉降與離心沉降基本公式；旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)、工作原理。3、本章學(xué)習(xí)的難點(diǎn)顆粒分級概念；粒級效率的概念。5.顆粒的沉降和流態(tài)化催化反應(yīng)（流化床反應(yīng)器）5.1概述一、研究的內(nèi)容流體—固體兩相物系間

2、的相對運(yùn)動(dòng)規(guī)律。二、涉及流固相對運(yùn)動(dòng)的化工過程5.顆粒的沉降和流態(tài)化1、兩相物系的沉降分離重力沉降：依靠重力離心沉降：依靠離心力2、某些物理和化學(xué)過程固體物料的干燥粉狀礦物的焙燒3、固體顆粒的流動(dòng)輸送：氣力輸送。5.1概述二、相對運(yùn)動(dòng)的特殊性5.顆粒的沉降和流態(tài)化相對運(yùn)動(dòng)包括顆粒靜止、流體繞流流體靜止，顆粒沉降兩者都運(yùn)動(dòng)，并保持一定相對速度就流體對顆粒的作用力來說，只要相對速度相同，三者無本質(zhì)區(qū)別。流動(dòng)方式粘性引起的阻力感興趣的問題區(qū)別管流固體對流體的阻力阻力損失（外部問題）作用力的結(jié)果繞流流體對固體的阻力阻力（

3、內(nèi)部問題）作用力本身5.1概述問題：自由落體運(yùn)動(dòng)考不考慮空氣阻力？問題：為什么自由落體運(yùn)動(dòng)不考慮空氣阻力，而顆粒沉降等卻偏偏對阻力感興趣呢？答：返回5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.2顆粒的沉降運(yùn)動(dòng)5.2.1流體對固體顆粒的繞流5.2.2靜止流體中顆粒的自由沉降返回5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.2.1流體對固體顆粒的繞流一、兩種曳力(Drag)—表面曳力和形體曳力回顧第1章流體沿固體壁面流過的阻力分為兩類：表面阻力（即表面摩擦阻力）和形體阻力（邊界層分離產(chǎn)生旋渦），繞流時(shí)顆粒受到流體的總曳力，即：=表面曳力+形體曳力表面力表

4、面相切?剪力?表面垂直?壓力p?pdA剪力壓力5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.2.1流體對固體顆粒的繞流流動(dòng)方向上總表面力：由剪力產(chǎn)生的由壓力產(chǎn)生的形體曳力表面曳力顆粒所受的浮力5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.2.1流體對固體顆粒的繞流流體對固體顆粒作繞流運(yùn)動(dòng)時(shí)，在流動(dòng)方向上對顆粒施加一個(gè)總曳力，其數(shù)值等于表面曳力和形體曳力之和。注：理想流體和無相對運(yùn)動(dòng)的流體，其總曳力FD=0，但是顆粒仍有浮力作用在其上。說明：1、，其問題較為復(fù)雜，難以理論計(jì)算求出。2、幾何形狀對稱的固體顆粒：在流動(dòng)垂直方向上的FD=05.顆粒的沉降和流態(tài)

5、化5.2.1流體對固體顆粒的繞流3、幾何形狀不對稱的固體顆粒：在流動(dòng)垂直方向上的FD不等于0二、曳力系數(shù)(Dragcoefficient)—對光滑圓球析因分析：，與顆粒形狀和定向無關(guān)。5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.2.1流體對固體顆粒的繞流與關(guān)系的實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果見圖。5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.2.1流體對固體顆粒的繞流對于球形顆粒()，層流區(qū)，斯托克斯(Sokes)定律區(qū)，也稱爬流區(qū)，其，阿侖(Allen)區(qū)，，牛頓(Newton)定律區(qū)，注意：定義與第1章不同，判別流型值亦不同！5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.2.1流體對

6、固體顆粒的繞流流體繞球形顆粒流動(dòng)時(shí)的邊界層分離2、，邊界開始脫體，形狀曳力的存在并不以邊界層脫體為前提。脫體點(diǎn)在5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.2.1流體對固體顆粒的繞流問題：影響FD為什么是用Ap而不是A？答：一旦發(fā)生脫體，表面曳力<<形體曳力，用A不能使返回5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.2.2靜止流體中顆粒的自由沉降前提：一、沉降的加速階段：設(shè)初始速度等于0。在沉降過程中顆粒的受力如下：FDFgFb1、體積力：重力場：離心力：其中：對于球形顆粒：2、浮力：重力場：離心力：3、曳力：5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.2.2靜止流

7、體中顆粒的自由沉降根據(jù)牛頓第二定律：若在重力場中。若在離心力中，把重力場中公式中的g用代替即可。5.顆粒的沉降和流態(tài)化5.2.2靜止流體中顆粒的自由沉降二、沉降的等速階段5.顆粒的沉降和流態(tài)化球形顆粒：即：式中：5.2.2靜止流體中顆粒的自由沉降將不同的數(shù)值代入得：5.顆粒的沉降和流態(tài)化，層流區(qū)，斯托克斯(Sokes)定律區(qū)，，阿侖區(qū)，，牛頓(Newton)定律區(qū)，與u無關(guān)。5.2.2靜止流體中顆粒的自由沉降三、顆粒的沉降運(yùn)動(dòng)沉降的兩個(gè)階段：加速階段、等速階段。5.顆粒的沉降和流態(tài)化1、流體靜止：小顆粒加速階段可

8、忽略，近似認(rèn)為始終以ut下降。2、流體做水平運(yùn)動(dòng)：顆粒以與流體相同的速度作水平運(yùn)動(dòng)，又以ut垂直向下。（若不相同，則有一個(gè)加速度，小顆粒加速度很短，可忽略。）3、流體以一定的速度向上運(yùn)動(dòng)顆粒絕對速度：5.2.2靜止流體中顆粒的自由沉降四、沉降速度的計(jì)算與應(yīng)用1、計(jì)算5.顆粒的沉降和流態(tài)化解方程組，非線性，需試差求解方法：首先假定在斯托克斯定律區(qū)，取，再校驗(yàn)Rep<2；否則