颗粒与流体间的相对流动

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1、第四章颗粒流体力学基础与机械分离第一节流体绕过颗粒及颗粒床层的流动第二节颗粒在流体中的流动第三节固体流态化第四节非均相物系的分离4.1沉降4.2过滤概述在化工、食品生产中，经常遇到非均相混合物的分离及流动问题，其中最常见的有：a.从含有粉尘或液滴的气体中分离出粉尘或液滴；b.从含有固体颗粒的悬浮液中分离出固体颗粒；c.流体通过由大量固体颗粒堆集而成的颗粒或床层的流动（如过滤、离子交换器、催化反应器等）。上述过程均涉及流体相对于固体颗粒及颗粒床层流动时的基本规律以及与之有关的非均相混合物的机械分离问题。故本章先介绍流体绕过颗粒、颗粒床层的流动以及颗粒在流体中的流动。本章重

2、点内容固体的流态化过程，流化床的类似液体的性质；流化床的类型；流化过程的阻力变化；重力沉降的基本原理，重力沉降速度的定义及其计算，降尘室的工艺计算；离心沉降的基本原理，离心沉降速度及其计算，旋风分离器的特点及计算；过滤操作的基本原理，恒压过滤方程式及其应用，过滤常数的计算方法，常用过滤机的结构、操作及洗涤特点、相关计算。本章难点非球形颗粒的表示方法；干扰沉降速度的计算；可压缩滤饼比阻随压强的变化；洗涤速率与过滤速率的关系。第一节流体绕过颗粒及颗粒床层的流动1.1颗粒及颗粒床层的特性单颗粒的特性参数颗粒群(混合颗粒)的特性参数颗粒床层的特性1.2流体与颗粒间的相对运动流体

3、绕过颗粒的流动流体通过颗粒床层的流动1.1颗粒及颗粒床层的特性一、单个颗粒的性质表示颗粒大小的几何参数：大小（尺寸）、形状、表面积（或比表面积）。形状规则的颗粒：大小：用颗粒的某一个或某几个特征尺寸表示，如球形颗粒的大小用直径dp表示。    比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，其单位为m2/m3，对球形颗粒为：形状不规则的颗粒：(1)颗粒的形状系数：表示颗粒的形状，最常用的形状系数是球形度Φs，它的定义式为：相同体积的不同形状颗粒中，球形颗粒的表面积最小，所以对非球形颗粒而言，总有φ<1。当然，对于球形颗粒，Φ=1。(2)颗粒的当量直径：a.等体积当量直径dev，

4、即体积等于球形颗粒体积的直径为非球形颗粒的等体积当量直径：b.等比表面积当量直径dea，即比表面积等于球形颗粒比表面积α的直径为非球形颗粒的等比表面积当量直径：对于非球形颗粒，若体积当量直径为de:二、颗粒群的特性粒度分布(Particlesizedistributions)：任何颗粒群中，粒度大小不等的颗粒所形成的一定尺寸分布。粒度分布测定方法：常用筛分法，再求其相应的平均特性参数。颗粒粒度(Particlesize)测量的方法筛分法(Sievemethod)显微镜法(Microscopicmethod)、沉降法(Sedimentation)、电阻变化法(Measur

5、ingresistancestrain/variance)、光散射与衍射法(Lightattenuationanddiffractometry)、表面积法(Specificsurfacemethod)等等。注：上述方法基于不同的原理，适用于不同的粒径范围，所得的结果也往往略有不同(1)颗粒的筛分尺寸对于工业上常见的中等大小的混合颗粒，一般采用一套标准筛进行测量，这种方法称为筛分。将筛分所得结果在表或图上表示，可直观地表示出颗粒群的粒径分布:用表格表示：筛孔尺寸——每层筛上颗粒质量。用图表示：各层筛网上颗粒的筛分尺寸——质量分率（见上图)(2)颗粒群的平均特性参数颗粒群的

6、平均粒径有不同的表示法，常用等比表面积当量直径来表示颗粒的平均直径，则混合颗粒的平均比表面积αm为：由此可得颗粒群的比表面积平均当量直径dm为：ai——第i层筛网上颗粒的比表面积，m2/m3；xi——第i层筛网上颗粒的质量分率；am——混合颗粒的平均比表面积，m2/m3；dm——混合颗粒中各种尺寸颗粒的等比表面积当量直径，m。三、颗粒床层的特性(1)床层的空隙率:单位体积颗粒床层中空隙的体积为床层的空隙率ε，即：ε是颗粒床层的一个重要特性，它反映了床层中颗粒堆集的紧密程度，其大小与颗粒的形状、粒度分布、装填方法、床层直径、所处的位置等有关。一般颗粒床层的空隙率为0.4

7、7～0.7。测量ε的方法：充水法和称量法。(2)床层的比表面积单位体积床层中颗粒的表面积称为床层的比表面积。若忽略因颗粒相互接触而减小的裸露面积，则床层的比表面积αb与颗粒的比表面积α的关系为：影响αb的主要因素：颗粒尺寸。一般颗粒尺寸越小，αb越大。(3)床层的自由截面积床层中某一床层截面上空隙所占的截面积（即流体可以通过的截面积）与床层截面积的比值称为床层的自由截面积，即：S0——床层自由截面积；Sp——颗粒所占截面积，m2； S——整个床层截面积，m2。(4)床层的各向同性对于乱堆的颗粒床层，颗粒的定位是随机的，所以堆成的床层可认