福州大学化工原理教案-颗粒的沉降

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1、福州大学化工原理教案颗粒沉降与流态化5.颗粒沉降与流态化5.1概述本章考察流固两相物系中固体颗粒与流体间的相对运动。在流固两相物系中，不论作为连续相的流体处于静止还是作莫种运动，只要固体颗粒的密度大于流体的密度，那么在重力场中，固体颗粒将在重力方向上与流体做相对运动，在离心力场中，则与流体作离心力方向上的相对运动。许多化工过程与此种相对运动相联系，例如：（1）两相物系的沉降分离，其中依靠重力的称为重力沉降，依靠离心力的称为离心沉降。（2）流固两相之间进行某种物理与化学过程，如固体物料的干燥（气流干燥、喷雾干燥、沸腾干燥）。（3）固体颗粒的流动输送。流固两相物系内的相对运动规律是上述各过程

2、设计计算的基础。固体颗粒对流体的相对运动规律与物理学中的自由落体运动规律的根本区别是后者不考虑流体对固体运动的阻力。当固体尺寸较大时，阻力远小于重力，因而可以略去（举苹果重力沉降例子）。但当颗粒尺寸较小时，或流体为液体时，阻力不容忽略（举细粉笔头或绿豆重力沉降）离子。由此可见，对流—固两相物系中的相对运动的考察应从流体对颗粒运动的阻力着手。5.2颗粒的沉降运动5.2.1流体对固体颗粒的绕流前几章讨论静止的固体壁面对流体流动的阻力及由此产生的流体的机械能损失（习惯称为阻力损失）。本节将着重讨论流体与固体颗粒相对运动时流体对颗粒的作用力—曳力。流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三种情况：

3、①颗粒静止，流体对其做绕流；②流体静止，颗粒作沉降运动；③颗粒与流体都运动，但保持一定的相对运动。上述三种情况，只要颗粒与流体之间的相对运动速度相同，流体对颗粒的作用力—曳力（即阻力）在本质上无区别，都是由于两者间相对运动造成的阻力。因此，可以第（1）种情况(绕流)为例来分析颗粒相对于流体作运动时所受的阻力。（1）两种曳力—表面曳力和形体曳力回顾第1章流体沿固体壁面流过的阻力氛围两类：表皮阻力（即表面摩擦阻力）和形体阻力（边界层分离产生旋涡），绕流时颗粒受到流体的总曳力=表面曳力+形体曳力。与流体、、相对流速有关，而且受颗粒的形状与定向的影响，问题较为复杂。至今，只有几何形状简单的少数情

4、况才可以得到的理论计算式。例如，粘性流体对球体的低速绕流（也称爬流）时的理论式即斯托克律（Stokes）定律为：当流速较高时，Sokes定律不成立。因此，对一般流动条件下的球形颗粒及其其他形状的颗粒，的数值尚需通过实验解决。（2）曳力（阻力）系数对球形颗粒，用因次分析并整理后可得-9-福州大学化工原理教案颗粒沉降与流态化与关系的实验测定结果见图。图中球形颗粒的曲线在不同的雷诺数范围内可用公式表示如下：，层流区，Sokes定律区（5-6），过渡区，Allen定律区（5-7），湍流区，Newton定律区（5-8）注意定义与第1章不同，特别流型值亦不同！把代入式（5-5）得说明在层流区实验结果

5、与理论推导一致。其他区域的解同学们可结合有关内容自学掌握。我这里着重说明的是Allen定律误差极大（平均误差高达15.5%，应当加以否定）。陈文靖用多项式拟合计算区间内的值，平均误差仅0.486%，该式形式如下：（推广到喷雾干燥，气流干燥大部分均在次区间），式中，，-9-福州大学化工原理教案颗粒沉降与流态化，，。①Allen误差大的原因？（用直线取代本来是曲线的原始数据，偏离原始数据太远，计算误差大）②计算机读图技术，一元非线性拟合，多元非线性拟合，多元非线性智能拟合。5.2.2静止流体中颗粒的自由沉降（1）沉降的加速段将一个表面光滑的球形颗粒置于静止的流体中，若，颗粒在重力的作用下沿重

6、力方向作沉降运动，此时颗粒受到哪些力的作用呢根据牛顿第二定律得或者开始瞬间，最大，颗粒作加速运动。提示：解习题3时要先查20℃水、，用式（5-19）求，算出若小于2，代入上式积分得到的计算式。求式（5-16）在气流干燥器、喷雾干燥器的设计中有着广泛的应用。老师将式（5-16）中的（）用陈文靖的表达式计算，进而导出气流干燥器和喷雾干燥器新的设计方程及算法。（2）沉降的等速阶段随，,到某一数值时，式（5-16）右边等于零，此时，颗粒将以恒定不变的速度维持下降。此称为颗粒的沉降速度或造端速度。对小颗粒，沉降的加速段很短，加速度所经历的距离也很小。因此，对小颗粒沉降的加速度可以忽略，而近似认为颗

7、粒始终以下降。（3）颗粒的沉降速度对球形颗粒，当时，由式（5-16）可得式中与有关，也与有关，将不同区域的与的关系式（5-6）—式（5-8）分别带入上式，整理得-9-福州大学化工原理教案颗粒沉降与流态化，层流区（Sokes区），过渡区（Allen区），湍流区（Newton区）因与有关，故需用试差法求解（试差步骤简介），有没有什么办法可以避免试差，请查阅其他教材，将查阅结果整理成书面材料（用自己的语言表达）于星期五之前按时间次序取前3