第四章颗粒流体力学课件

第四章第四章 颗粒流体力学粒流体力学1精选精选ppt4.1.14.1.1、颗粒在重力作用下的沉降粒在重力作用下的沉降 1 1、自由沉降、自由沉降（free settling)2 2、干、干扰沉降沉降(hinderedsettling)自由沉降自由沉降颗粒在重力沉降粒在重力沉降过程中不受周程中不受周围颗粒和器壁粒和器壁的影响的影响(固体固体浓度很低），称度很低），称为自由沉降。自由沉降。固体固体颗粒在重力沉降粒在重力沉降过程中，因程中，因颗粒之粒之间的相互影响而的相互影响而使使颗粒不能正常沉降的粒不能正常沉降的过程称程称为干干扰沉降沉降(固体固体浓度高）度高）4.1.颗粒在流体中的沉降粒在流体中的沉降现象象2精选精选ppt4.1.2颗粒在流体中的运粒在流体中的运动方程方程一一.颗粒在流体中受阻力粒在流体中受阻力R：牛顿阻力定律颗粒雷粒雷诺数数Rep在雷在雷诺数数较小（小（层流）下，作用于球形流）下，作用于球形颗粒的粘性阻力粒的粘性阻力R斯托克斯阻力定律斯托克斯阻力定律阻力系数阻力系数3精选精选ppt 颗粒在静止流体中沉降粒在静止流体中沉降时，颗粒受到的作用力有粒受到的作用力有重力、重力、浮力和阻力。浮力和阻力。二二.颗粒在静止流体中沉降粒在静止流体中沉降时的受力状的受力状态 当合力当合力为零零时，颗粒相粒相对于流体的运于流体的运动速度速度u=ut，ut称称为沉降速度，又称沉降速度，又称为“终端速度端速度”。重力重力Fg浮力浮力Fb阻力阻力R4精选精选ppt重力重力Fg浮力浮力Fb阻力阻力Fd四四.颗粒在重力作用下沉降粒在重力作用下沉降时的运的运动方程方程颗粒密度粒密度流体密度流体密度（式（式4-1）5精选精选ppt当当颗粒达到等速沉降粒达到等速沉降时，du/dt=0当当颗粒粒为光滑球形光滑球形时，上式可写，上式可写为6精选精选ppt此式此式说明了当阻力系数明了当阻力系数为定定值时，沉降速度，沉降速度仅取决于取决于颗粒的直径粒的直径dp、颗粒与流体的密度粒与流体的密度、。在一定的。在一定的颗粒流体系粒流体系统中，中，、及及C为定定值，则不同大小不同大小颗粒具有不同的沉降速度。粒具有不同的沉降速度。上式的意上式的意义：在工在工业中的中的应用：用：1 1、同一种物料的不同大小、同一种物料的不同大小颗粒粒进行分行分级，如生，如生产中的沉中的沉降室、沉降池，水力分降室、沉降池，水力分级机等。机等。2 2、基本具有同一粒径的不同物料、基本具有同一粒径的不同物料颗粒，在同一流体中因粒，在同一流体中因颗粒密度不同，粒密度不同，则不同的物料具有不同的沉降速度。不同的物料具有不同的沉降速度。7精选精选ppt =f(Ret)=f()4.1.5阻力系数阻力系数C和雷和雷诺数数C C是是颗粒沉降粒沉降时的阻力系数。并且的阻力系数。并且C C是是颗粒粒对流体作相流体作相对运运动的雷的雷诺数数Ret的函数（利用因次分析方法的函数（利用因次分析方法）C(1)Rep1时,属属层流区流区.流体能一流体能一层层地平地平缓绕过颗粒粒,在后面合在后面合拢,流流线不致受到破坏不致受到破坏,层次分明次分明,呈呈层流状流状态.这时颗粒在流体中运粒在流体中运动的的阻力阻力,主要是各主要是各层流体以及流体与流体以及流体与颗粒之粒之间相互滑相互滑动时的黏性阻的黏性阻力力.而阻力而阻力斯托克斯斯托克斯(Stokes)公式公式大致上大致上1mdp100m8精选精选ppt(2)1Rep1000时为过渡流区渡流区.当当Rep值较大大时,由于由于惯性关系性关系,紧靠靠颗粒尾部粒尾部边界界发生分离生分离,流体脱离了流体脱离了颗粒的尾部粒的尾部,在后面造成在后面造成负压区区,吸入流体而吸入流体而产生旋生旋涡,引起了引起了动能能损失失,呈呈过渡流状渡流状态.这时颗粒在流体中运粒在流体中运动的阻力就包括的阻力就包括颗粒粒侧边各各层流体相互滑流体相互滑动时的的黏性摩擦力和黏性摩擦力和颗粒尾部粒尾部动能能损失所引起的失所引起的惯性阻力性阻力,它它们的的大小按不同的大小按不同的规律律变化着。化着。大致上大致上100mdp1000m10精选精选ppt4.2颗粒的离心沉降运粒的离心沉降运动指在无限大做指在无限大做圆周运周运动的液体中，的液体中，颗粒不受干粒不受干扰的离心运的离心运动。颗粒沿粒沿圆周运周运动半径方向的沉降运半径方向的沉降运动。设在半径在半径r处流体的流体的圆周方向切向周方向切向速度速度为则处在在该半径上的球形半径上的球形颗粒所受到的剩余粒所受到的剩余惯性离心力性离心力为：式中：式中：为颗粒的剩余重力粒的剩余重力11精选精选ppt由于剩余由于剩余惯性离心力作用，性离心力作用，颗粒与流体有相粒与流体有相对运运动，就，就产生了反向生了反向的流体阻力的流体阻力R。因而，。因而，颗粒在径向的运粒在径向的运动方程式方程式为式中：式中：为颗粒的粒的质量；量；为颗粒在半径方向上的加速度；粒在半径方向上的加速度；R为径向上的流体阻力。径向上的流体阻力。将将R及及值代入上式（代入上式（3.26），得），得12精选精选ppt在离心力在离心力场的作用下，的作用下，颗粒运粒运动的加速度的加速度随着随着颗粒粒所在位置的半径所在位置的半径r而异。不而异。不过，在工，在工业用的用的设备中，上中，上式的式的项比起其余两比起其余两项要小得多，故可以要小得多，故可以认为.于是于是颗粒在径向上的沉降速度粒在径向上的沉降速度就是在就是在惯性离心力作用下性离心力作用下颗粒沿径向的沉降速度。粒沿径向的沉降速度。应该注意的是注意的是这个个速度并不是速度并不是颗粒运粒运动的的绝对速度，而是它的径向分量。当流体速度，而是它的径向分量。当流体带着着颗粒粒旋旋转时，颗粒在粒在惯性离心力作用下沿着切性离心力作用下沿着切线方向通方向通过运运动中的流体甩出，中的流体甩出，逐逐渐离开旋离开旋转中心。因此，中心。因此，颗粒在旋粒在旋转流体中的运流体中的运动，实际上是沿着半上是沿着半径逐径逐渐增大的螺旋形增大的螺旋形轨道前道前进的。的。13精选精选ppt比比较式式和和可知，在左式中以离心加速度可知，在左式中以离心加速度代替了右式中重力加速度代替了右式中重力加速度g，颗粒所粒所受的重力是一定受的重力是一定值，然而工，然而工业上可以通上可以通过各种方法使各种方法使颗粒的离心加速度粒的离心加速度远远超超过重力加速度，使得重力加速度，使得颗粒的沉降速度比在重力粒的沉降速度比在重力场作用下的沉降速作用下的沉降速度大很多。因此，可以度大很多。因此，可以利用利用惯性离心力来加快性离心力来加快颗粒的沉降及分离比粒的沉降及分离比较小小的的颗粒粒，而且，而且设备的体的体积也可以也可以缩小。小。离心沉降速度与重力沉降速度之比离心沉降速度与重力沉降速度之比为比比值K称称为离析因素，它等于离析因素，它等于惯性离心力与重力之比。性离心力与重力之比。K值大小与旋大小与旋转半径成反比，与切半径成反比，与切线速度的二次方成正比。速度的二次方成正比。减少旋减少旋转半径，增加切半径，增加切线速速度，都可使度，都可使K值增大。增大。14精选精选ppt4.2颗粒沉降速度粒沉降速度计算：算：1.层流区流区2.过渡区渡区3.湍流区湍流区4.2.1球形球形颗粒的自由沉降速度粒的自由沉降速度计算公式：算公式：15精选精选ppt球形球形颗粒的阻力系数与粒的阻力系数与颗粒雷粒雷诺数关系曲数关系曲线 16精选精选ppt4.2.2球形球形颗粒的离心沉降速度粒的离心沉降速度层流状流状态下的离心沉降速度下的离心沉降速度17精选精选ppt4.3.3沉降速度的沉降速度的计算（算（实际计算）算）一一.分式分式计算法算法利用前述的利用前述的层流区、流区、过渡区、湍流区沉降速度公式渡区、湍流区沉降速度公式计算算时，应首先知道沉降属于哪一区域。区域决定于雷首先知道沉降属于哪一区域。区域决定于雷诺数。而雷数。而雷诺数中又包含了所求的未知数数中又包含了所求的未知数u，给计算算带来了困来了困难，常用下列方法解决：，常用下列方法解决：1.试差法（差法（尝试法）法）计算算步步骤为：先先假假设沉沉降降属属于于某某一一区区域域，按按此此区区内内的的公公式式求求出出um，再再核核算算Rep以以校校验最最初初的的假假设是是否否正正确确，如不正确，需重新如不正确，需重新试算。算。18精选精选ppt2.区区间判判别法法将将层流区、流区、过渡区、湍流区渡区、湍流区间临界雷界雷诺数数，分分别与与层流区沉降速度公式和湍流区沉降速度公式和湍流区沉降速度公式流区沉降速度公式联立消去立消去u，可得区可得区间临界直界直D。层流区最大粒径流区最大粒径湍流区最小粒径湍流区最小粒径流流动在在层流区，流区，u按按层流公式流公式计算算流流动在湍流区，在湍流区，u按湍流公式按湍流公式计算算介于两者之介于两者之间的的为过渡区。渡区。19精选精选ppt二二.公式公式计算再用算再用图线修正修正用理用理论公式公式计算遇到的算遇到的问题是是判断究竟判断究竟应用哪一区的公用哪一区的公式比式比较困困难，同，同时在接近区在接近区间临界雷界雷诺数数时公式本身公式本身误差也差也较大。大。较简单的方法是先用的方法是先用层流公式流公式计算后，再用算后，再用图线修正。修正。具体具体计算方法算方法：（1）先假）先假设沉降是属于沉降是属于层流流区，区，计算出沉降速度算出沉降速度（2）由）由，Dp等有关参数等有关参数计算算(3)查图求得校正系数求得校正系数K（4）由）由K值计算最后的沉降速度算最后的沉降速度um20精选精选ppt4.3.3颗粒沉降速度的修正粒沉降速度的修正1.颗粒尺寸的影响粒尺寸的影响当当颗粒在气体中沉降的距离接近于分子平均自由行程粒在气体中沉降的距离接近于分子平均自由行程时,颗粒的沉粒的沉降速度降速度umc比用比用Stokes公式公式计算算值大大,Cunningham提出如下表达提出如下表达式式:通常通常,在温度在温度20C,一个大气一个大气压的空气中的空气中,=0.9,取取=0.1m m,当当dp=10,1,0.1mm时,式中式中液体液体与流体性与流体性质有关有关的常数，的常数，液体液体=1.63气体气体=0.9为分子平均自由行程分子平均自由行程21精选精选ppt2.颗粒形状修正粒形状修正1）.Wadell球形度修正球形度修正Wadell用用球球形形度度作作参参数数，整整理理得得出出Re与与C的的关关系系反反映映形形状状对沉降速度影响的球形度用下式定沉降速度影响的球形度用下式定义，即，即在在计算算Re时，Dp采用等体采用等体积球当量径球当量径dv进行行计算算同一性同一性质的固体的固体颗粒，非球形粒，非球形颗粒的沉降阻力比球形粒的沉降阻力比球形颗粒的大的多，因此其沉降速度粒的大的多，因此其沉降速度较球形球形颗粒的要小一些粒的要小一些。22精选精选pptC（阻）（阻）C23精选精选ppt2）Pettyjohn修正修正Pettyjohn提提出出了了适适用用于于立立方方体体、正正方方体体、正正八八面面体体之之类均均整整颗粒粒的的沉沉降降速速度度公公式式。如如以以表表示示Stokes沉沉降降速度，速度，为修正后的沉降速度，修正后的沉降速度，令令K=/为修正系数，修正系数，则在在层流区流区Re0.05时，有，有210Re2105（湍流区）（湍流区）DpDp值应采用等体采用等体积球当量径球当量径DvDv 24精选精选ppt3.壁效壁效应修正修正1 1）容器直径的影响）容器直径的影响 与容器直径相比，球径与容器直径相比，球径较大者，因受器壁影响，下落大者，因受器壁影响，下落速度将速度将变慢。慢。(1).Francis壁效壁效应修正式修正式：式式中，中，为Stokes式的沉降末速度式的沉降末速度。该式适用于式适用于StokesStokes区的区的颗粒沉降粒沉降 当容器当容器较小小时，容器的壁面和底面均能增加，容器的壁面和底面均能增加颗粒沉粒沉降降时的阻力，使的阻力，使颗粒的粒的实际沉降速度沉降速度较自由沉降速度低自由沉降速度低25精选精选ppt(2).Munroe壁效壁效应修正式：修正式：对于于Newton区区1.526精选精选ppt4.浓度修正度修正如如果果悬浊液液的的浓度度小小，相相邻颗粒粒间的的距距离离比比颗粒粒直直径径大大得得多多，颗粒粒之之间相相互互干干扰就就可可以以忽忽略略不不计。这种种沉沉降称降称为自由沉降自由沉降。然而，然而，颗粒粒浓度增大度增大时，就要改，就要改变悬浊液内的条件。液内的条件。特特别是被沉降是被沉降颗粒所置粒所置换的流体向上流的流体向上流动的影响就要的影响就要增大，增大，这种沉降称种沉降称为干干扰沉降。沉降。如如工工业上上应用用的的增增稠稠器器沉沉降降浓缩等等就就可可遇遇到到这种种干干扰沉沉降降。当当大大颗粒粒和和小小颗粒粒同同时沉沉降降时，小小颗粒粒将将随随同同大大颗粒一起沉降，粒一起沉降，亦属干亦属干扰沉降。沉降。27精选精选pptRobinson对干干扰沉降的沉降的Stokes公式作了如下修正：公式作了如下修正：常数常数悬浊液的密度液的密度悬浊液的粘性系数液的粘性系数 虽然可然可实测，但也可近似地用下面所，但也可近似地用下面所给出的出的爱因斯因斯坦（坦（Einstein）公式公式计算：算：式中式中决定于决定于颗粒形状的常数，粒形状的常数，对于球，于球，悬浊液的液的颗粒体粒体积浓度。度。0.02时28精选精选ppt当当 0.02时，Vand公式：公式：式中式中 为常数，常数，对于球于球29精选精选ppt学生回答学生回答 不同流体或同一流体在不同温度下沉降速不同流体或同一流体在不同温度下沉降速度的关系。度的关系。思考思考题 同一大小的固体微粒从不同高度落下，同一大小的固体微粒从不同高度落下，问它它们的沉的沉降速度是否相等？降速度是否相等？结论：沉降速度与高度无关，与：沉降速度与高度无关，与颗粒大小及流体性粒大小及流体性质有关。有关。一般液体粘度大于气体粘度，故液体沉降速度小于气体一般液体粘度大于气体粘度，故液体沉降速度小于气体的。的。30精选精选ppt例例4-1拟采用降采用降尘室回收常室回收常压炉气中所含的固体炉气中所含的固体颗粒，降粒，降尘室底面室底面积为10m2，宽和高均和高均为2m，炉气炉气处理量理量为4m3/s。操作条件下气体密度操作条件下气体密度为0.75kg/m3，粘度粘度2.610-5Pas,固体密固体密度度为3000kg/m3。求求(1)理理论上能完全捕集下来的最小粒径；上能完全捕集下来的最小粒径；(2)粒径粒径为40m颗粒的回收百分率粒的回收百分率；(3)若完全回收直径若完全回收直径为15m的的尘粒，粒，对降降尘室室应作如何改作如何改进?解：解：(1)能完全分离出的最小能完全分离出的最小颗粒的沉降速度粒的沉降速度ut=qv/bl=4/10=0.4m/s设沉降属于沉降属于层流区，故能除去最小流区，故能除去最小颗粒直径粒直径为：校核校核Re=dput/=8010-60.40.75/2.610-5=0.9231故假故假设正确正确31精选精选ppt(2)直直径径为40m的的颗粒粒必必在在层流流区区沉沉降降，其其沉沉降降速速度度ut：因气体通因气体通过降降尘室的室的时间为：=lbH/qv=102/4=5s故故 理理 论 上上 直直 径径 40m的的 颗 粒粒 在在 此此 时 间 内内 沉沉 降降 高高 度度H=ut=0.10065=0.503m设降降尘室室入入口口炉炉气气均均布布，在在降降尘室室入入口口端端处于于顶部部及及其其附附近近的的dp=40m的的尘粒粒，因因其其ut0.4m/s，它它们随随气气体体到到达达出出口口时还没没有有沉沉到到底底而而随随气气体体带出出，而而入入口口端端处于于距距室室底底0.503m以下的以下的40m的的尘粒均能除去，所以粒均能除去，所以40m尘粒的除粒的除尘效率：效率：=H/H=0.503/2=25.15%32精选精选ppt(3)要要完完全全回回收收直直径径为15m的的颗粒粒，则可可在在降降尘室室内内设置置水水平平隔隔板板，使使之之变为多多层降降尘室室。降降尘室室内内隔隔板板层数数n及及板板间距距h的的计算算为：取取n=28,则隔板隔板间距距h=H/(n+1)=2/29=0.069m因而在原降因而在原降尘室内室内设置置28层隔板理隔板理论上可全部回收直径上可全部回收直径为15m的的颗粒。粒。33精选精选ppt例4.2求下列固体求下列固体颗粒在粒在30常常压空气中的自由沉降速度。已知固体空气中的自由沉降速度。已知固体颗粒的密度粒的密度为3670kg/m3。直径直径为30m的球形的球形颗粒；粒；直径直径为0.5m的球形的球形颗粒。粒。解：解：30常常压空气的物性空气的物性为：密度：密度=1.165kg/m3，粘度粘度=1.8610-5Pas。利用利用试差法：差法：设30m颗粒的沉降粒的沉降处于于层流区，由于流区，由于s，则根据式根据式（3.4.4）有：）有：校校验Rep：与原假与原假设相符，故相符，故计算算结果正确。果正确。34精选精选ppt利用判据法：利用判据法：可知沉降可知沉降处于于过渡区，就按式（渡区，就按式（3.4.5b）计算沉降速度：算沉降速度：由式（由式（3.4.7）得：）得：35精选精选ppt例例4-3试计算直径算直径为30m的球形石英的球形石英颗粒（其密度粒（其密度为2650kg/m3），），在在20水中和水中和20常常压空气中的自由沉降速度。空气中的自由沉降速度。解：已知解：已知d d=30m=30m、s s=2650kg/m=2650kg/m3 3（1 1）2020水的水的=1.0110=1.0110-3-3PaPas s =998kg/m=998kg/m3 3设沉降在滞流区，根据式（沉降在滞流区，根据式（2-15）校核流型校核流型假假设成立，成立，u ut t=8.0210=8.0210-4-4m/sm/s为所求所求36精选精选ppt（2 2）2020常常压空气空气 =1.21kg/m=1.21kg/m3 3 =1.8110=1.8110-5-5PaPas s设沉降在沉降在层流区流区校核流型校核流型：假假设成立，成立，u ut t=7.1810=7.1810-2-2m/sm/s为所求。所求。37精选精选ppt1在在150mm的的垂垂直直管管道道中中气气力力输送送粉粉磨磨产品品（细度度80m方方孔孔筛筛余余10%）。已已知知风量量1m3/min，空空气气粘粘度度1610-6pa.sec，密密度度为1Kg/m3；物物料料密密度度3000Kg/m3。其其粒粒子子为球球形形颗粒粒。试求求：（1）可可被被上上升升气气流流带走走的的颗粒粒直直径径；（2）停停留留在在气气流流中中悬浮浮不不动的的颗粒粒直直径径；（3）能能够在在此此上上升升气气流流中中沉沉降降下下来来的的颗粒粒直直径径；（4）沉沉降降下下来来颗粒粒的的百百分分含含量量。(设输送送情情况况中中，气气固固两两相相流流动状状态Rep1.0，又又粉粉磨磨产品粒度分布符合品粒度分布符合RRB分布，分布，n=1.00)解解:当当u0=u时颗粒粒悬浮不浮不动,所以所以38精选精选ppt96微微米米的的颗粒粒悬浮浮不不动，小小于于96微微米米的的被被带走走，大大于于96微米沉降。微米沉降。(4)39精选精选ppt2.2.今今测得某物料得某物料经试验磨机粉磨后，其磨机粉磨后，其产品中小于品中小于5050mm的的颗粒含量粒含量为69697%7%，并已知，并已知该粉磨粉磨产品符合品符合RRBRRB分布，分布，均匀性系数均匀性系数为0.80.8，试求求产品中介于品中介于20-2520-25mm颗粒量百分粒量百分数数为多少？多少？40精选精选ppt4.3.4等降等降颗粒粒沉降速度与沉降速度与颗粒大小及密度有关。粒大小及密度有关。应用用这一关一关系，可系，可将同一种物料按尺寸大小不同将同一种物料按尺寸大小不同进行分行分级（如工（如工业生生产中中应用的沉降池、降用的沉降池、降尘室、分室、分级机）；或机）；或将同一粒径的不同物料按密度不同将同一粒径的不同物料按密度不同进行分行分选，以使固体，以使固体颗粒中的有用物粒中的有用物质同有害物同有害物质或惰性物或惰性物质分离。分离。41精选精选ppt但是也会有但是也会有这样的情况的情况发生：生：对于一批粒径范于一批粒径范围较广广的不同物料，尺寸大但密度小的的不同物料，尺寸大但密度小的颗粒会和尺寸小而密粒会和尺寸小而密度大的度大的颗粒有着同粒有着同样的沉降速度，的沉降速度，这样就会影响分就会影响分级或分或分选作作业的精确度。的精确度。只有当密度相同的只有当密度相同的颗粒混合物粒混合物进行离析行离析时，才能将其准确地按粒径大小分成各个，才能将其准确地按粒径大小分成各个级别；或只有当尺寸相同的；或只有当尺寸相同的颗粒混合物粒混合物进行离析行离析时，才，才能将其准确地按密度大小能将其准确地按密度大小进行分离行分离。因此，。因此，对于流体于流体动力力分分级设备，则应创造造这样的条件，使密度的影响的条件，使密度的影响极小；而极小；而对于流体于流体动力力分分选设备，则应进行行筛分控制，分控制，使粒径的影响极小。使粒径的影响极小。42精选精选ppt等降等降颗粒：在流体内以同一沉降速度沉降的不同密度的粒：在流体内以同一沉降速度沉降的不同密度的颗粒称粒称为等降等降颗粒粒等降颗粒中密度小（pa）的颗粒直径dpa与密度大的（pb）的颗粒直径dpb之比称为等降系数（K）。等降系数值恒大于1。因因为故等降系数故等降系数43精选精选ppt当当颗粒在湍流范粒在湍流范围内沉降内沉降时，则当当颗粒在粒在层流范流范围内沉降内沉降时，则在一般情况下在一般情况下式中：式中：为指数，指数，n n1。所以等降系数并不是常数。所以等降系数并不是常数。44精选精选ppt通常，采用下面公式通常，采用下面公式计算等降算等降颗粒直径粒直径可以看出，当流体密度与可以看出，当流体密度与较轻的的颗粒的密度相等粒的密度相等时，等降，等降系数系数为无无穷大。此大。此时，无，无论尺寸多大，密度尺寸多大，密度较小的小的颗粒均粒均不能与不能与较大大颗粒有着同一沉降速度，粒有着同一沉降速度，这样就能使任何粒度就能使任何粒度范范围内的内的颗粒都能按密度的不同粒都能按密度的不同进行分行分选。因此，。因此，分分选操操作作应该在重在重悬浮介浮介质中中进行离析，而分行离析，而分级操作操作则减少密度减少密度的影响，宜用密度的影响，宜用密度较小的小的悬浮介浮介质进行离析。行离析。45精选精选ppt 3.在在150mm的垂直管道中气力的垂直管道中气力输送粉磨送粉磨产品（品（细度度80m方孔方孔筛筛余余10%）。已知）。已知风量量1m3/min，空气粘度，空气粘度1610-6pa.s，密度，密度为1kg/m3；物料密度；物料密度3000kg/m3。其粒子卡。其粒子卡门形状系数形状系数c=1.0。试求：（求：（1）可被上升气流）可被上升气流带走的走的颗粒直径；（粒直径；（2）停留在气流中）停留在气流中悬浮不浮不动的的颗粒直径；（粒直径；（3）能）能够在此上升气流中沉降下来的在此上升气流中沉降下来的颗粒粒直径；（直径；（4）若将）若将该管道水平放置气送同种物料，空气性管道水平放置气送同种物料，空气性质不不变，试求欲使粉磨求欲使粉磨产品中中位径（品中中位径（D50的粒子的粒子输送送100米而不致使其沉米而不致使其沉积管底的最小管底的最小风量是多少量是多少m3/min？（？（设两种两种输送情况中，气固两送情况中，气固两相流相流动状状态Rep1.0，又粉磨，又粉磨产品粒度分布符合品粒度分布符合RRB分布，分布，n=1.0）46精选精选ppt固定床固定床：由大量颗粒装填而成的颗粒床层（如悬浮液的过滤、流体通过填料层或固体催化剂床层的流动），由于流体以较小的流速从床层的空隙中流动，颗粒所受的阻力较小而使床层保持静止状态，这样的床层称为固定床。固定床催化反固定床催化反应器、固体器、固体悬浮液的浮液的过滤、吸附、离子交、吸附、离子交换器器、吸收塔等、吸收塔等流化床流化床：流体自下而上流过颗粒层，颗粒悬浮在床层中进行剧烈的随机运动。4.4流体在流体在颗粒固定床粒固定床层中的透中的透过流流动现象象透透过流流动：流体在固定：流体在固定颗粒床粒床层空隙中的流空隙中的流动，即，即颗粒静粒静止，流体止，流体绕颗粒流粒流动。47精选精选ppt固定床固定床：众多固体颗粒堆积成的静止颗粒层流化床流化床：众多固体颗粒悬浮于运动的流体中基基础：流体及颗粒间的相对运动，相互作用两种流两种流动:流体相流体相对颗粒流粒流动 (外流流外流流动)流体受流体受颗粒作用粒作用产生生压降，研究降，研究颗粒及流体性粒及流体性质。流体在管道内流流体在管道内流动 (内流流内流流动)流体受管壁粘性阻力，研究管道及流体性流体受管壁粘性阻力，研究管道及流体性质。相同点相同点：同属流体流：同属流体流动问题，研究研究问题方法及方法及规律性相似。律性相似。48精选精选ppt4.4.1颗粒床粒床层的特性的特性（1）流体在）流体在颗粒固定床中的空隙中流粒固定床中的空隙中流动，类似流体在似流体在许多不多不规则、相互交相互交错连通的孔道内流通的孔道内流动。（2）孔道的）孔道的结构与构与颗粒尺寸及分布、粒尺寸及分布、颗粒形状和粒形状和颗粒床粒床层孔隙率孔隙率有关；有关；（3）流体通）流体通过固定床的固定床的压降，由流体与降，由流体与颗粒表面之粒表面之间的摩擦所的摩擦所产生。生。一一、固定床的基本特性、固定床的基本特性49精选精选ppt二、二、固定床的基本概念固定床的基本概念(1)(1)床床层的空隙率的空隙率:单位体位体积颗粒床粒床层中空隙的体中空隙的体积为床床层的空隙率的空隙率，即即 床床层空隙率是空隙率是颗粒床粒床层的一个重要特性，它反映了床的一个重要特性，它反映了床层中中颗粒堆集粒堆集的的紧密程度，其大小与密程度，其大小与颗粒的形状、粒度分布、装填方法、床粒的形状、粒度分布、装填方法、床层直直径、所径、所处的位置等有关。的位置等有关。一般一般颗粒床粒床层的空隙率的空隙率为0.0.47470.70.7。50精选精选ppt（2）床）床层的的平均平均自由截面自由截面积a床床层中某一床中某一床层截面上空隙所占的截面截面上空隙所占的截面积（即流体可以（即流体可以通通过的截面的截面积）与床）与床层截面截面积的比的比值称称为床床层的的平均平均自由截自由截面面积。对于乱堆的于乱堆的颗粒床粒床层，颗粒的定位是随机的，所以可粒的定位是随机的，所以可认为堆成的堆成的床床层各向同性各向同性，即从各个方位看，即从各个方位看，颗粒的堆粒的堆积都是相同的。都是相同的。对于于这样的的床床层，其床，其床层截面截面积在数在数值上与床上与床层空隙率相等。同空隙率相等。同样，由于壁效，由于壁效应的的影响，壁面附近的床影响，壁面附近的床层自由截面自由截面积较大。当大。当D/dD/dp p较小小时，必，必须考考虑壁效壁效应。对均匀的固定床均匀的固定床层，则a=51精选精选ppt（3）床）床层体体积比面比面积单颗粒的比表面粒的比表面积Carman形状系数，形状系数，Dp颗粒等体粒等体积球当量径球当量径单位位体体积床床层中中颗粒粒的的表表面面积称称为床床层的的比比表表面面积。若若忽忽略略因因颗粒粒相相互互接接触触而而减减小小的的裸裸露露面面积，则床床层的的比比表表面面积 与与颗粒粒的的比比表表面面积 的关系的关系为：影响床影响床层的比表面的比表面积的主要因素：的主要因素：颗粒尺寸，一般，粒尺寸，一般，颗粒尺寸越小，床粒尺寸越小，床层的比表面的比表面积越大。越大。52精选精选ppt（4）床）床层孔道的当量直径：孔道的当量直径：c为Carman形状系数；形状系数；Dp等体等体积球当量径球当量径（5）流体流）流体流过截面截面积为A的的颗粒床粒床层时，其，其净空（空（颗粒床粒床层外）速度外）速度与流体在床与流体在床层内孔道中的流速内孔道中的流速关关系系53精选精选ppt（6）床）床层孔道孔道长度度与床与床层高度高度的关系：的关系：（7）床）床层压降：引入流体力学管道降：引入流体力学管道压降降计算式算式（全流（全流态）54精选精选ppt固定床的床固定床的床层简化模型（数学模型法）化模型（数学模型法）流体通流体通过过固定床的阻力在数固定床的阻力在数值值上上应应等于床等于床层层中所有中所有颗颗粒所粒所受阻力的受阻力的总总和。和。确定流体通确定流体通过过床床层层阻力的方法：阻力的方法：实验实验方法。方法。目前比目前比较较通用的是采用模型化的方法：即把流体通通用的是采用模型化的方法：即把流体通过过颗颗粒床粒床层层的流的流动动看成是通看成是通过过具有一具有一组组平行平行细细管、当量直径管、当量直径为为dede的床的床层层的流的流动动。认为认为流体通流体通过过床床层层的阻力与通的阻力与通过这过这些小管的阻些小管的阻力相等。力相等。模模型化方法的型化方法的优优点：用点：用简简化的模型来代替床化的模型来代替床层层内的真内的真实实流流动动，便于用数学方法来，便于用数学方法来处处理，然后再通理，然后再通过实验过实验加以校正。加以校正。设设床床层层内内为为乱堆乱堆颗颗粒，床粒，床层层各向同性，壁效各向同性，壁效应应和端效和端效应应可忽略不可忽略不计计，仿照流体在管道中流，仿照流体在管道中流动动的情况，将的情况，将实际颗实际颗粒床粒床层简层简化化为为下面的下面的简单简单模型。模型。55精选精选ppta.颗粒床层由许多平行的细管组成，孔道长度 与床层高度 成正比；b.孔道内表面积之和等于全部颗粒的表面积，孔道内全部流动空间等于床层空隙的容积。实际实际床床层层简简化模型化模型假定：56精选精选ppt4.4.2透透过流流动的的压降降计算算1.Carman-Kozeny公式公式将上述三个公式将上述三个公式带入管道入管道压降公式降公式或或式中式中为孔道的摩擦系数孔道的摩擦系数57精选精选ppt引入修正引入修正颗粒雷偌数粒雷偌数：由于流体流由于流体流过床床层孔道孔道时，流速和孔道尺寸均，流速和孔道尺寸均较小，故小，故也也较低，一般属低，一般属层流状流状态，床，床层流速与流速与压力力损失成失成线性性关系关系由泊由泊肃叶（叶（Poiseuille）公式）公式得得Carman-Kozeny关系式：关系式：为Kozeny常数。若确定，常数。若确定，则透透过流流动速度与速度与压降的关系降的关系即可确定即可确定。58精选精选ppt上式上式变换得：得：层流流时，修正摩擦系数与修正，修正摩擦系数与修正颗粒雷粒雷诺数之数之间的关系的关系为：颗粒与流体之粒与流体之间的相的相对运运动阻力皆与相阻力皆与相对运运动的流的流态有关有关Carman根据根据实验得出修正摩擦系数与修正得出修正摩擦系数与修正颗粒雷粒雷诺数之数之间，在全流，在全流态下的下的实验关系关系为：59精选精选ppt上式表明，流体在上式表明，流体在颗粒固定床粒固定床层中的运中的运动阻力，由两部阻力，由两部分分组成：流体相成：流体相对颗粒作粒作层流流绕流流时的黏性阻力和流体的黏性阻力和流体相相对颗粒作湍流粒作湍流绕流流时产生的生的涡流流惯性阻力。性阻力。（1）在）在层流区流区：上式第一：上式第一项黏性阻力占主要，黏性阻力占主要，第二第二项惯性阻力可忽略；性阻力可忽略；（2）在湍流区）在湍流区1000:上式第二上式第二项惯性阻力占主性阻力占主要，第一要，第一项黏性阻力可忽略；黏性阻力可忽略；（3）在）在过渡流区：式（渡流区：式（5-43）黏性阻力和）黏性阻力和惯性阻力性阻力两两项皆皆计入入60精选精选ppt在修正在修正颗粒雷粒雷诺数数时的的层流状流状态下，忽略上式中下，忽略上式中的第二的第二项惯性阻力，可得性阻力，可得Kozeny常数常数。由此由此获得得层流状流状态下，流体在下，流体在颗粒固定床粒固定床层中的流速与中的流速与压降的关系，即著名的降的关系，即著名的Carman-Kozeny公式：公式：其中其中Carman-Kozeny公式常被作公式常被作为颗粒堆粒堆积体的比表面体的比表面积或或空隙率空隙率测试的原理。的原理。61精选精选ppt2.Ergun公式公式具有均匀粒度的具有均匀粒度的颗粒固定床粒固定床压降与流速关系：降与流速关系：由于由于62精选精选pptErgun公式中，流体在公式中，流体在颗粒固定床粒固定床层中的运中的运动阻力由两阻力由两部分部分组成：流体相成：流体相对颗粒作粒作层流流绕时的黏性阻力和流体的黏性阻力和流体相相对颗粒作湍流粒作湍流绕流流时产生的生的涡流流惯性阻力。性阻力。（1）在）在层流区流区：第一：第一项黏性阻力占主要，第黏性阻力占主要，第二二项惯性阻力可忽略；性阻力可忽略；（2）在湍流区）在湍流区：第二：第二项惯性阻力占主要，性阻力占主要，第一第一项黏性阻力可忽略；黏性阻力可忽略；（3）在）在过渡流区渡流区：黏性阻力和：黏性阻力和惯性性阻力两阻力两项皆皆计入。入。63精选精选ppt【例【例4-5】有一玉米淀粉水有一玉米淀粉水悬浮液，温度浮液，温度20，淀粉，淀粉颗粒平粒平均直径均直径为15m，淀粉淀粉颗粒吸水后的密度粒吸水后的密度为1020kg/m ，试求求颗粒的沉降速度。粒的沉降速度。解：先假定沉降在解：先假定沉降在层流区流区进行，即行，即 已知已知：查出出20的水的的水的 将各将各值代入上式得：代入上式得：检验Re值 计算算结果表明，与假果表明，与假设相符，故算得的相符，故算得的 正确。返回64精选精选ppt【例【例4-6】有一温度有一温度为25的水的水悬浮液，其中固体浮液，其中固体颗粒的密度粒的密度为1400kg/m3，现测得其沉降速度得其沉降速度为0.01 m/s ，试求固体求固体颗粒的直径。粒的直径。解：解：先假先假设粒子在滞流区沉降，故可以用式（粒子在滞流区沉降，故可以用式（）求出其直径，即：）求出其直径，即：已知：查出出25水的密度水的密度 粘度 将各将各值代入上式得：代入上式得：检验Re值 返回65精选精选ppt1颗粒形状粒形状对空隙率的影响？空隙率的影响？答答：用用均均一一的的球球形形颗粒粒装装填填床床层时，其其最最松松排排列列时的的空空隙隙率率为0.480.48，其其最最紧密密排排列列时的的空空隙隙率率为0.260.26，用用非非均均一一颗粒粒装装填填床床层时的的空空隙隙率率往往往往大大于于球球形形颗粒粒。粒粒度度分分布布对床床层空空隙隙率率的的影影响响很很大大，由由于于小小颗粒粒可可以以嵌嵌入入大大颗粒粒间的的空空隙隙，所所以以分分布布宽的的混混合合颗粒粒的的床床层空隙率空隙率较小。小。66精选精选ppt2 2装填方法及条件装填方法及条件对床床层空隙率的影响？空隙率的影响？答：装填床答：装填床层时，若将，若将颗粒直接装入容器内，粒直接装入容器内，则形成形成的床的床层较为紧密，如先在容器内充密，如先在容器内充满适量水后再装填适量水后再装填颗粒，粒，让颗粒慢慢沉聚到一起，粒慢慢沉聚到一起，则形成的床形成的床层较为松松散。散。实际上，即使装填方法一上，即使装填方法一样也很也很难保保证两次装填两次装填所得的床所得的床层空隙率是完全一致的。床空隙率是完全一致的。床层空隙率在床空隙率在床层运行运行过程中也会程中也会发生一定的生一定的变化。化。67精选精选ppt答：一般答：一般说来，来，dpdp的的值越小，床越小，床层的空隙率也越小。的空隙率也越小。4 4影响床影响床层空隙率的其它因素？空隙率的其它因素？答：床答：床层空隙率除主要受以上因素影响外，在空隙率除主要受以上因素影响外，在颗粒床粒床层的不同位置，床的不同位置，床层空隙率的大小也有区空隙率的大小也有区别，紧靠容靠容器壁面的空隙率相器壁面的空隙率相对较大，大，这种效种效应称称为壁效壁效应，当，当dpdp的的值较大大时，需要考，需要考虑壁效壁效应的影响。当流体流的影响。当流体流经这样的床的床层时，会，会产生流速分布不均生流速分布不均现象，象，给操作操作带来不利的影响。来不利的影响。颗粒尺寸粒尺寸dp与床与床层直径直径D之比之比对床床层空隙率的影响？空隙率的影响？68精选精选ppt4.5颗粒在流体中的粒在流体中的悬浮浮现象象4.5.1流流态化化固体固体颗粒流粒流态化是指固体化是指固体颗粒通粒通过与流体接触而与流体接触而转变成成类似流体状似流体状态的操作的操作.颗粒在流体中的粒在流体中的悬浮运浮运动：颗粒在与其沉降方向作相反粒在与其沉降方向作相反运运动的流体中的运的流体中的运动，即，即颗粒与流体共同作相向运粒与流体共同作相向运动。69精选精选ppt一、床一、床层的流的流态化化过程程在垂直装填有固体在垂直装填有固体颗粒的床粒的床层中，流体自下而上通中，流体自下而上通过颗粒床粒床层，随着流速从小到大随着流速从小到大变化，床化，床层将出将出现三种不同的状三种不同的状态。70精选精选ppt（1）固定床固定床阶段段特点：流体通特点：流体通过床床层的流速的流速较低低；流体；流体对颗粒的阻力粒的阻力较小，小，颗粒之粒之间紧密相接，静止不密相接，静止不动；床；床层高度不高度不变；固定床的空隙率；固定床的空隙率等于等于颗粒自然堆粒自然堆积时的空隙率的空隙率,流体通流体通过床床层的阻力随流速的增加而增的阻力随流速的增加而增大，其关系可以用欧根公式表示大，其关系可以用欧根公式表示:是流体流是流体流过空床的速度或空床的速度或净空速度，空速度，床床层孔道内的流体速度，孔道内的流体速度，临界流化速度界流化速度71精选精选ppt（2）流化床流化床阶段段a、临界状界状态:当流体速度增加到一定当流体速度增加到一定值时，流体，流体对颗粒的阻力增加到与粒的阻力增加到与颗粒的粒的净重力（重力减去浮力）相等，或者重力（重力减去浮力）相等，或者说流体通流体通过床床层的阻力等于的阻力等于单位截面床位截面床层的重量的重量时，颗粒开始浮粒开始浮动，但仍未脱离原来的位置，但仍未脱离原来的位置.此此时流流体在床体在床层空隙中的流速等于空隙中的流速等于颗粒的沉降速度粒的沉降速度。若在此状若在此状态时再稍稍增大流速，再稍稍增大流速，颗粒便互相离开，床粒便互相离开，床层的高度也会有所的高度也会有所提高，提高，则这时的状的状态称称为起始流化状起始流化状态或或临界流化状界流化状态，对应的流速称的流速称为起始流化速度或最小流化速度起始流化速度或最小流化速度。在在临界流化状界流化状态时，若，若继续增大流速，增大流速，则颗粒粒间的距离增大，的距离增大，颗粒在床粒在床层中中进行行剧烈的随机运烈的随机运动，这个个阶段称段称为流化床流化床阶段。段。72精选精选pptb、流体流速增大、流体流速增大阶段段:在此在此阶段，段，范范围内内,随着流体随着流体空床流速空床流速的增加，床的增加，床层高度增高，床高度增高，床层的空隙率的空隙率也增大，使也增大，使颗粒粒间的流体流速的流体流速保持不保持不变；同；同时，床床层的阻力的阻力却几乎保持不却几乎保持不变，等于等于单位截面床位截面床层的重量。流化床的重量。流化床阶段段还有一个特点是床有一个特点是床层有明有明显的上的上界面界面.当流化床当流化床净空速度提高到空速度提高到时，床，床层内的内的颗粒速度与床粒速度与床层净空速度相等，流化床开始空速度相等，流化床开始转变为连续输送床，床送床，床层呈呈连续流流态化化，极限流化速度（最大流化速度）。在极限流化速度（最大流化速度）。在后，床后，床层颗粒粒浓度迅速减小，床度迅速减小，床层压降降明明显减小，床减小，床层上界面消失，上界面消失，空隙率空隙率趋于于1，床，床层孔道内的流体速度孔道内的流体速度趋于床于床层净空速度空速度流化床的速度操作范流化床的速度操作范围在在（3）气力（或液力）气力（或液力）输送送阶段段73精选精选ppt（3）气力（或液力）气力（或液力）输送送阶段段特点：当流体流速增加到等于特点：当流体流速增加到等于颗粒的沉降速度粒的沉降速度时，颗粒粒被流体被流体带出器外，床出器外，床层的上界面消失，此的上界面消失，此时的流速称的流速称为流流化床的化床的带出速度，流速高于出速度，流速高于带出速度后出速度后为流体流体输送送阶段。段。74精选精选ppt4.5.2 流化床流化床流化床是一种利用流流化床是一种利用流态化原理使化原理使颗粒似流体化的装置。粒似流体化的装置。一、主要一、主要结构：构：（1）床体容器、（）床体容器、（2）固体）固体颗粒、（粒、（3）布）布风板板（4）空气室、（）空气室、（5）测压器器二、流化床二、流化床类似液体的特性似液体的特性 流化床中的流流化床中的流-颗粒运粒运动很象很象沸沸腾着的液体着的液体，并且在很多，并且在很多方面表方面表现出出类似于液体的性似于液体的性质。利用流化床的利用流化床的这种似液性，可以种似液性，可以设计出不同的流出不同的流-固接触固接触方式，易于方式，易于实现过程的程的连续化与自化与自动化。化。75精选精选ppt（a）密度比床密度比床层密度小的物体能浮在床密度小的物体能浮在床层的上面，浮力的上面，浮力（b）床床层倾斜，床斜，床层表面仍能保持水平，在重力作用下保持平衡；表面仍能保持水平，在重力作用下保持平衡；（c）床床层中任意两截面中任意两截面间的的压差可用静力学关系式表示（差可用静力学关系式表示（其中其中m和和h分分别为床床层的密度和高度；的密度和高度；（d）有流有流动性，性，颗粒能像液体一粒能像液体一样从器壁小孔流出，从器壁小孔流出，见图（d）；）；（e）联通两个高度不同的床通两个高度不同的床层时，床，床层能自能自动调整平衡，整平衡，见图（e）。）。76精选精选ppt4.5.3 流体通流体通过流化床的阻力流化床的阻力 77精选精选ppt流体通流体通过流化床的流化床的实际阻力阻力 下下图是以空气通是以空气通过砂粒堆砂粒堆积的床的床层测得的床得的床层阻力与空阻力与空床气速之床气速之间的关系。的关系。78精选精选ppt由由图可可见，最初流体速度，最初流体速度较小小时，床，床层内固体内固体颗粒静粒静止不止不动，属，属固定床固定床阶段，在此段，在此阶段，床段，床层阻力与流体阻力与流体速度速度间的关系符合欧根方程；当流体速度达到最小流的关系符合欧根方程；当流体速度达到最小流化速度后，床化速度后，床层处于流化床于流化床阶段，在此段，在此阶段，床段，床层阻阻力基本上保持恒定力基本上保持恒定.作作为近似近似计算，可以算，可以认为流化流化颗粒所受的粒所受的总阻力与阻力与颗粒所受的粒所受的净重力（重力与浮力之差）相等，而重力（重力与浮力之差）相等，而总阻力阻力等于流体流等于流体流过流化床的阻力与床流化床的阻力与床层截面截面积之之积，即，即式中式中 A-A-床床层截面截面积，；，；L-L-床床层高，高，m m；-床床层空隙率；空隙率；P P -固体固体颗粒的密度，；粒的密度，；-流体密度，。流体密度，。79精选精选ppt所以，流化床所以，流化床层的阻力可表示的阻力可表示为对于气于气-固流化床，由于固流化床，由于颗粒与流体的密度差粒与流体的密度差较大，故大，故又可近似表示又可近似表示为上上式式表表明明，气气体体通通过流流化化床床的的阻阻力力与与单位位截截面面床床层颗粒所受的重力相等。粒所受的重力相等。80精选精选ppt4.4.5.4 5.4 流化床的流化床的类型与不正常型与不正常现象象一一.流化床的流化床的类型型（1 1）散式流化散式流化特点：固体特点：固体颗粒均匀地分散在流粒均匀地分散在流动的流体中。当流速增大的流体中。当流速增大时，床，床层逐逐渐膨膨胀而没有气泡而没有气泡产生，生，颗粒彼此分粒彼此分开，床开，床层中各中各处的空隙率均匀增大，的空隙率均匀增大，床床层高度上升，并有一高度上升，并有一稳定的上界面。定的上界面。通常两相密度差小的系通常两相密度差小的系统趋向散式流化，故大多数液向散式流化，故大多数液-固固流化属于流化属于“散式流化散式流化”。81精选精选ppt（2 2）聚式流化聚式流化特点：床特点：床层中存在两个不同的相。中存在两个不同的相。一般来一般来说，超，超过流化所需最小气量的那部分气体以气泡形式通流化所需最小气量的那部分气体以气泡形式通过流化床流化床层，气泡在床，气泡在床层上界面上界面处破裂，造成上界面的波破裂，造成上界面的波动，因，因此床此床层也不像散式流化那也不像散式流化那样平平稳，流体通，流体通过床床层的阻力的波的阻力的波动也也较大。随着气体流量的增大，通大。随着气体流量的增大，通过颗粒粒层的流体流速几乎不的流体流速几乎不变，增加的气量都以气泡的形式通增加的气量都以气泡的形式通过床床层，所以气泡的尺寸和生成，所以气泡的尺寸和生成频率增加，床率增加，床层上界面和阻力的波上界面和阻力的波动增大。增大。一般气一般气-固流固流态化系化系统多多为聚式流化。聚式流化。82精选精选ppt一一.流化床的流化床的类型的判断型的判断综合合许多多经验.常以弗常以弗鲁特数特数Fr(Froude)Fr(Froude)判判别流流态化形化形态FrFr为临界条件界条件下的弗下的弗鲁特数特数u umfmf为临界流化速度（按空床截面界流化速度（按空床截面积计算）算）一般情况下有一般情况下有散式流化：散式流化：FrFr1 1 聚式流化聚式流化;FrFr1 1 83精选精选ppt二二.理想流化床的特点理想流化床的特点:1.有明有明显的的临界流界流态化点和化点和临界流界流态化速度化速度;2.流流态化床化床层的的压降降为一常数一常数;3.有平有平稳的流的流态化界面化界面;4.流流态化床化床层的空隙率在任何流速下的空隙率在任何流速下,都具有一个代表性都具有一个代表性的均匀的均匀值,不因床不因床层内的位置而内的位置而变化化.84精选精选ppt三三.流化床的不正常流化床的不正常现象象（1 1）腾涌涌现象象 主要主要发生在气生在气-固流化床中，如果床固流化床中，如果床层高度与直高度与直径的比径的比值过大，或气速大，或气速过高高时，就会，就会发生小气泡合并生小气泡合并成成为大气泡的大气泡的现象。当气泡直径象。当气泡直径长到与床径相等到与床径相等时，则将床将床层分成几段，形成相互分开的气泡和分成几段，形成相互分开的气泡和颗粒粒层。颗粒粒层象活塞那象活塞那样被气泡向上推被气泡向上推动，在达到床，在达到床层上界上界面后气泡崩裂，面后气泡崩裂，颗粒分散下落，粒分散下落，这种种现象称象称为腾涌涌现象。象。85精选精选ppt出出现腾涌涌现象象时，气体通，气体通过床床层的阻力大幅度波的阻力大幅度波动，床，床层也起伏波也起伏波动很大，器壁被很大，器壁被颗粒的磨粒的磨损加加剧，引起，引起设备振振动，甚至将床中构件冲坏。因此，在，甚至将床中构件冲坏。因此，在设计和操作和操作时，应避免避免发生生腾涌涌现象。象。86精选精选ppt（4 4）沟流沟流现象象87精选精选ppt沟沟流流是是指指气气体体通通过床床层时形形成成短短路路，大大量量气气体体没没有有能能与与固固体体颗粒粒很很好好地地接接触触即即穿穿过沟沟道道上上升升。发生生沟沟流流现象象时，床床层内内密密度度分分布布不不均均匀匀，而而且且气气、固固接接触触不不良良，不不利利于于气气、固固间的的传质、传热及及化化学学反反应；同同时部部分分床床层变成成死死床床，这部部分分床床层的的空空隙隙率率很很大大，颗粒粒不不悬浮浮在在气气流流中中，故故气气体体通通过床床层的的压降降较正正常常值（即即单位位床床层截截面面的的重重量量）低低。沟沟流流现象象的的出出现主主要要与与颗粒粒的的特特性性、堆堆积情情况况、床床层直直径径及及气气体体分分布布板板的的结构构等等有有关关。粒粒度度过细、密密度度大大、易易于于粘粘结的的颗粒粒，以以及及床床径径大大，或或气气体体分分布布初初始始不不均均匀匀等等都都容容易易引起沟流引起沟流.88精选精选ppt89精选精选ppt4.4.5流化床的操作范流化床的操作范围5-1-3流化床的操作范流化床的操作范围流化床的正常操作范流化床的正常操作范围为气速高于气速高于临界流化速度界流化速度u umfmf ，低低于于颗粒的粒的带出速度出速度u ut t（即沉降速度）。即沉降速度）。一一.床床层压降降其条件是当其条件是当 粉体粉体层的剩余重力与的剩余重力与 平衡。如以平衡。如以 表表示示该状状态的空隙率，的空隙率，则可用下式确定可用下式确定 ：如以如以层流状流状态的的Leva公式