化工原理第章 流体通过颗粒层的流动.doc

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1、第四章流体通过颗粒层的流动思考题一、试证明：流体以层流状态通过管道时，其阻力损失与单位流体体积所具有的表面积（S/V）2呈正比。二、床层颗粒的当量直径是以什么原则确定的，为什么？三、床层模型与实际床层在哪些物理量上是等效的？四、数学模型法的基本步骤是什么？五、表面过滤时，真正起过滤作用的是什么？六、过滤过程的特点是什么？为什么可用康采尼方程描述其速率？七、影响过滤速率的因素有哪些？八、试讨论各种条件下滤液量、过滤时间、过滤压差、过滤常数K的相互关系？九、洗涤过程的特点是什么？如何确定洗涤速率(dq/d)w？第四章流体通过颗粒层的流动第一节概

2、述一、颗粒床层的分类分类：固定床----颗粒静止；(催化反应，过滤)流化床----颗粒悬浮（沸腾床）固定床流化床二、考察内容：流体通过颗粒（固定床）的压降(hf)三、流体通过颗粒床流动的本质特征1.流体在由大量粒群组成的封闭的固体边界内流动，属管流；2.当颗粒较细时，床层内流速一般极慢（爬流），属层流形态；3.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）第二节颗粒床层的特性§2-1单颗粒特性（影响流动通道）一、球形颗粒体积：表面积：比表面积：对球形颗粒，直径dp即可描述其全部外表特征二、非球形颗粒工程上用当量直径de来描述非球

3、形颗粒特征（等效性不同）1.体积当量直径()2.表面积当量直径(S非=S球)3.比表面积当量直径（α非=α球）ψ的几何意义：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：S,;(通常:dev,ψ)（两个参数）简便：dev=de§2-2颗粒群的特征粒度分布测量：筛分法，显微镜法，沉降法等。一、粒度分布的筛分分析(>70mm)1.分布函数：取颗粒总质量为w,直径

4、范围dpie球；e非均

5、ε床床层D大，可忽略；D小，加以考虑。三、床层的比表面积定义：例：下图颗粒床层中，颗粒体积为Vp，求该床层的空隙率。解：V床=床层空隙率：空隙率反映了床层内颗粒的疏密程度对均匀直径的球形颗粒：最松散规则排列=0.48最紧密规则排列=0.26第三节流体通过固定床的压降§3-1颗粒床层的简化模型一、问题的复杂性复杂性：通道错综复杂，弯弯曲曲管流阻力：床层内，l,d不均匀，通道不规则，难确定二、层流阻力特征层流时，直管阻力：层流条件下，直管阻力，而与表面形状无关三、床层的简化模型（图4-4）毛细管模型：床层由长为Le,直径de的并联细管束构成，为使

6、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可推出：四、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）单位实际床层高度的压降为：则Δ≈Δp也称压降五、模型的验证及参数估值定义：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’<20/6,右边第二项忽略；当Re’>100/6，右边第二项忽略所以，影响床层压降的因素：操作变

7、量u；物性μ,ρ；床层特性ε,α。六、讨论1数学模型的基本方法A.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B.对简化后的过程建立物理、数学模型C.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A.必须充分掌握过程特征，了解研究目的。B.模型仅在某个方面与实际过程等效C.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D.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，<2），高度湍流（），B.物性的影响（同圆管）Re，<2，Δ∝μ,与ρ无关，Δ∝ρ，与μ无关C.床

8、层特性的影响(1)空隙率ε：空隙率ε对压降Δ的影响非常大，反映在b.ε的可变性大，可靠性差；c.ε较小的误差，将引起压降明显的误差(2)比表面积αΔ∝α2，对同