流体通过颗粒层的流动.ppt

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1、4流体通过颗粒床层的流动4.1单颗粒与颗粒群的几何特性4.2床层特性4.3流体通过固定床的压降4.4过滤10/4/202114流体通过颗粒床层的流动固定床：由固体颗粒堆积而成的静止颗粒层。用于反应及分离过程，如固定床反应器、吸附及过滤等操作。流体通过固定颗粒床层的流动在化工生产和自然界中是常见的现象。例如：过滤过程中滤液通过滤饼层的流动；固定床催化反应器中流体在固定催化剂床层中的流动；地下水在土壤、砂层中的渗流等10/4/202124.1单颗粒与颗粒群的几何特性4.1.1单颗粒球型：单颗粒体积等效非球型：当量直径表面积等效比表面积等

2、效非球型颗粒的三种当量直径互不相等，有如下关系10/4/202134.1.1单颗粒=与非球型颗粒体积相等的球的表面积/非球型颗粒的表面积为颗粒的形状系数，对于球形颗粒的表征只需一个参数，直径dp而对于非球形颗粒，表征需二个参数，一般为dev及则：10/4/202144.1.2颗粒群的特性主要考察两个方面：粒度分布和平均直径（1）颗粒粒度测量方法：筛分法，沉降法，电阻变化法及显微镜法等。（2）平均直径由比表面积相等的原则a总=S总/V总=6/dm而则10/4/202154.2床层特性(1)床层的空隙率=（床层体积-颗粒所占的体积）/

3、床层体积大疏松，小紧密。一般乱堆的值0.47＜＜0.7=f(颗粒的形状、粒度分布，充填方式）可证明：均匀的球形颗粒作最松排列时的=0.48均匀的球形颗粒作最紧密排列时的=0.26非球形颗粒的直径越小，形状与球的差异越大，则床层的空隙率越大。一般非球形＞球形非均匀＜均匀受充填方式的影响。充填时设备受到振动，则较小，若采用湿法充填，则大。在床层靠壁处的局部空隙率比中间部位的大，因为固体颗粒与器壁间的空隙中难以再填入另一个颗粒。10/4/20216(2)床层的各向同性工业上的小颗粒床层通常是乱堆的，若颗粒是非球形

4、，各颗粒的定向应是随机的，这样的床层就可视为各向同性的。各向同性床层横截面上可供流体通过的实际面积（或自由截面）与床层截面之比在数值上等于，这是其的重要特点之一。10/4/20217(3)床层的比表面aB=颗粒表面积/床层体积=S总/V床=S总/V颗×（V颗/V床）=a(1-)（忽略颗粒相互接触使裸露的颗粒表面面积减小的部分）10/4/202184.3流体通过固定床的压降流体通过固定颗粒床层的流动，一方面起到分流的作用另一方面产生压强降（即流动阻力）对于过滤等操作过程而言，工程上感兴趣的是流体通过固定床层的压降，而不是速度分布。

5、根据已学的流体动力学知识，定量计算直管内流动时，可采用范宁公式：10/4/2021910/4/202110范宁方式能否用于计算流体通过固定颗粒床层的压降呢？（1）流体通过固定颗粒床层压降直接计算时存在的困难当流体通过固定颗粒床层时，由于颗粒层内的颗粒大小不均匀，形状不规则，所形成的通道是弯弯曲曲的、变截面的、纵横交错的网状结构。弯曲、变截面的网状结构成为了颗粒层内流体通道的特点，也成为了压降（流动阻力）直接计算的困难。因为用范宁公式计算时，无法确定通过颗粒层的流体通道的边界尺寸。10/4/202111（2）床层的一维简化物理模型建立

6、简化的物理模型是工程问题处理方法之一。颗粒床层简化模型有一维、二维和三维模型，但在工程上使用最广、最为成熟的是一维模型。1）简化的依据：过程的特殊性——爬流流体通过颗粒层的流动一般是很缓慢的，呈爬流状态，不存在边界层脱体，爬流是此过程所特有的。因此流动压降主要来自表面摩擦，它只与流体通道的表面积成正比，而与通道的形状几乎无关，亦即只与颗粒的表面积成正比，而与颗粒的形状是球形、菱形、方形还是流线形无关。10/4/2021122）．合理的简化将复杂的无规则的网状通道简化为许多管径为de，长度为Le的平行细管。10/4/2021133）．

7、本质近似（等效）简化不能失真，物理模型与实际过程在本质上要近似（等效）。即：a）在相同的u条件下，两者的△P应相同。b）细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积。c）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积。10/4/202114de为床层空隙的当量直径de=4流通截面/润湿周边=（4流通截面Le)/(润湿周边Le)=4流动空间/细管的全部内表面=4V/(aBv)=4/(a(1-))Le为固定床层颗粒的当量高度，Le与L有关。流体通过固定床的压降等于流体通过一组当量直径为de，长度为Le的细管压降。10/4/202

8、115（3）建立数学模型引入模型参数对简化的物理模型建立数学模型，引入模型参数。由范宁方程而u=u1或u1=u/,de=4/(a(1-))代入上式，得（4-1）式中模型参数，流动摩擦系数。10/4/202116（4）模型的检