《非理想流动》ppt课件

《《非理想流动》ppt课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章非理想流动4.1反应器中的返混现象与停留时间分布4.2流动模型4.3流体的混合态及其对反应的影响本章要解决的问题①阐明流动系统的停留时间分布的定量描述及其实验测定方法；②建立非理想流动模型；③在所建立模型的基础上，说明该类反应器的性能和设计计算；④介绍有关流动反应器内流体混合问题，阐明几个基本概念。4.1.1非理想流动与停留时间分布（1）非理想流动在第3章中讨论了两种不同类型的流动反应器—全混流反应器和平推流反应器。这两种反应器中的流动状态都属于理想流动。对于流动系统，由于流体是连续的，而流体分子的运动又是无序的，所有分子都遵循同一途径向前移动是不可能的，完全

2、是一个随机过程。并且，在工业反应器中很多因素均可能引起系统流动状态的改变而偏离理想状态。凡是流动状态偏离全混流和平推流这两种理想状态的流动统称为非理想流动。（2）停留时间分布理想反应器内所有反应物料的停留时间都是一样的。而非理想流动使得反应物料的各个微元在反应器中的停留时间长短不一，存在着一个停留时间的分布问题。停留时间的长短直接影响反应的效果，停留时间越长，反应进行得越完全。所以，对于非理想流动系统，我们必须了解其停留时间的分布问题。本节主要讨论：阐明流动系统的停留时间分布的定量描述及其实验测定方法。（3）停留时间分布函数在稳定连续流动系统中，同时进入反应器的N个

3、流体粒子中，其停留时间小于t的那部分粒子占总粒子数N的分率。（4-3）停留时间分布密度函数：在稳定连续流动系统中，同时进入反应器的N个流体粒子中，其停留时间为t～t+dt的那部分粒子占总粒子数N的分率。根据数学概念可知：在数值上等于随时间变化关系曲线在时间t这一点的切线的斜率。即在停留时间t这一点随时间的变化率。依此定义函数具有归一化的性质：即：（4-2）除了上面两个描述停留时间分布的函数外，还有用年龄分布密度函数I(t)和年龄分布函数y(t)来描述流体在反应器内的停留时间分布。寿命与年龄是两个不同的概念，区别是前者是系统出口处的流体粒子的停留时间；后者是系统中的流

4、体粒子的停留时间。（4-5）（4-4）（4）停留时间分布函数的数字特征与其它统计分布一样，为了比较不同的停留时间分布，通常是比较其统计特征值的，在此采用的一个是数学期望（平均停留时间），一个是方差。①平均停留时间（即的数学期望：为对原点的一次矩，反映的是随机变量取值的平均化），它表示的是各微元停留时间的平均值。（4-10）（4-9）②方差：为对均值的二次矩（散度）方差越大，表示离散程度越大，返混也就越厉害。（4-12）③用对比时间表示的概率函数无因次化，令：则由于F(t)本身是一累积概率，而θ是t的确定性函数，根据随机变量的确定性函数的概率应与随机变量的概率相等的原

5、则，有：（4-17）无因次方差(5)停留时间分布的实验测定方法停留时间分布实验测定方法是示踪响应法，通过用示踪剂来跟踪流体在系统内的停留时间。根据示踪剂加入方式的不同，又可分为脉冲法、阶跃法及周期输入法三种。脉冲示踪法测定方法：在定常态操作的连续系统入口处t=0的瞬间加入一定量的示踪剂A，同时在系统的出口处检测示踪剂浓度随时间的变化。～～设加入示踪剂A的量为M，在无限长时间，加入的示踪剂一定会完全离开系统。即：或：C0等于CA(t)-t曲线下面所围的面积。出口物料中在系统内停留了t～t+dt时间的示踪剂量为v0CA(t)dt，由E(t)的定义可知：对于恒容稳定流动系

6、统有：为了验证实验数据的可靠性，必须根据M、VR、v0进行一致性检验：即：若不满足上两式，必须检查原因。和的计算方法数据的数量大，且所获的样品是瞬间样品，即是相应于某时刻t下的样品，则：式中，Δti是两次取样的时间间隔。若等时间间隔取样，则：②所获的样品是瞬间样品，实验点10～20个，则：阶跃示踪法阶跃法是在某一瞬间t=0，将系统中作定常流动的流体切换成流量相同的含有示踪剂的流体，并在切换成第二流体的同时,在系统出口处检测流出物料中示踪剂浓度变化。在切换成第二流体后的t-dt～t时间间隔，示踪剂流入系统量为CA0v0dt，示踪剂流出系统量为CA(t)v0dt，由F(

7、t)定义可得:即由出口的CA(t)～t曲线可获得F(t)曲线，在CA(t)～t图中阴影面积应满足:应用上式对实验数据进行一致性检验。示踪剂的选择要求①不与主流体发生反应；②示踪剂浓度与要检测的物理量的关系应有较宽的线性范围；③用于多相系统的示踪剂不发生从一相转移到另一相的情况；④示踪剂本身易于和主流体溶为(或混为)一体；⑤示踪剂浓度很低时也能够容易进行检测；⑥示踪剂应具有或易于转变为电信号或光信号的特点。4.2流动模型(1)平推流模型(PFR)统计特征值：～～(2)全混流模型(CSTR)考察有效体积为VR、进料体积流量为v0的全混流反应器，若在某一瞬间t=0，将