化工原理第四章流体通过颗粒层的流动

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1、第四章流体通过颗粒层的流动4.1概述1）颗粒床层的分类固定床----颗粒静止；（流体通过催化剂固定床；通过悬浮液颗粒组成的滤饼）流化床----颗粒悬浮（沸腾床）固定床流化床2）考察内容流体通过颗粒（固定床）的压降(hf)3）流体通过颗粒床流动的本质特征流体在由大量粒群组成的封闭固体边界内流动，属管流；当颗粒较细时，床层内流速一般极慢（爬流），属层流形态；流体所接触的颗粒几何边界极其复杂，难以准确描述。（三大因素）4.2颗粒床层的特性4.2.1单颗粒的特性球形颗粒体积：表面积：比表面积：非球形颗粒工程上用当量直径de来描述非球形颗粒特征（等效性不同）体积等效当量直径表面

2、积等效当量直径比表面积等效当量直径三者关系：ψ的物理意义：同体积下，球形颗粒的表面积与非球形颗粒的表面积之比（ψ≤1）。球形颗粒：dp（一个参数）非球形颗粒：通常:dev,ψ（两个参数）简便：dev=de4.2.2颗粒群的特性在任何颗粒群中，各颗粒的尺寸都不可能完全一样，形成一定的尺寸（粒度）分布。粒度分布测量：筛分法，显微镜法，沉降法等。粒度分布的筛分分析（>70m）常采用一套标准筛筛分分析结果的图示－分布函数和频率函数分布函数曲线：取颗粒总质量为w,直径

3、最大直径dpmax处，Fi＝1频率函数曲线：设颗粒直径范围dpi

4、，总质量m，筛分后两号筛间的颗粒质量mi，其直径dpi。根据比表面积相等原则，可写出颗粒群的平均直径为：非球形颗粒：只需用(Ψde)i代替dpi。具体的做法见例4－14.2.3床层的特性床层的空隙率（疏密程度）均匀球形最松排列的孔隙率为0.48，最紧排列的孔隙率0.26。空隙率不仅与颗粒形状、大小分布有关，还和填充方式有关。非>球；非均<均；振动:；湿法：；难重复。一般乱堆床层的孔隙率大致在0.47~0.7之间。床层的各向同性（定向随机）工业上小颗粒床层乱堆，若颗粒非球形，各颗粒的定向随机，可以认为床层各向同性。但壁效应:ε壁>ε床床层D大，可忽略；D

5、小，加以考虑。床层的比表面积4.3流体通过固定床的压降前面介绍了量纲理论的实验规划，本节介绍数学模型的实验规划。4.3.1颗粒床层的简化模型床层的简化物理模型问题的复杂性通道错综复杂，弯弯曲曲；床层内，l,d不均匀，通道不规则，难确定。层流阻力特征层流时，直管阻力：层流条件下，直管阻力，而与表面形状无关。毛细管模型：床层由长为Le,直径de的并联细管束构成，为使模型=实际，必须：（1）细管内颗粒的表面积床层实际表面积相等；（2）细管内流动空间与床层实际流动空间相等；毛细管模型的数学描述u1----流体在细管内的流速（床层内流体的真实流速）u----空床流速（表观流速）

6、得单位实际床层高度的压降为：ΔP≈Δp也称压降模型的验证和模型参数的估值定义：床层雷诺数则当Re’<2时，λ=k’/Re’,k’=5.0代入得：上式称为康采尼方程（注意适用条件：层流）;欧根在更宽的Re’范围内，得出：代入基本式：当Re’<3,右边第二项忽略；当Re’>100，右边第一项忽略所以，影响床层压降的因素：操作变量u；物性μ,ρ；床层特性ε,α。讨论1数学模型的基本方法在充分掌握过程本质的前提下，对复杂的过程大胆、合理地简化对简化后的过程建立物理、数学模型实验验证模型的合理性，并对模型参数估值。2数学模型法的基本特征必须充分掌握过程特征，了解研究目的。模型仅

7、在某个方面与实际过程等效实验目的仅是验证模型的可靠性，测定模型参数，工作量大为减少。模型方程是半经验、半理论的。3影响床层压降的因素A.流速的影响（同圆管）层流（Re’<3），高度湍流（Re’<100）；B.物性的影响（同圆管）Re‘<3，ΔP∝μ,与ρ无关Re’<100ΔP∝ρ，与μ无关C.床层特性的影响（1）空隙率ε：空隙率ε对压降ΔP的影响非常大，反映在ε的可变性大，可靠性差；ε较小的误差，将引起压降明显的误差（2）比表面积αΔP∝α2，对同形状颗粒，dp↓，α越大↑，hf（ΔP）↑。例：其他条件不变空隙率ε由0.5降为0.4，单位床层压降增